JP3619506B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
【0002】
【従来の技術】
液晶ディスプレイは、CRT(ブラウン管)やEL(エレクトロルミネッセンス)とは異なり自らは発光しないため、バックライトを液晶表示素子の背面に設置して照明する透過型液晶表示装置が用いられている。
【0003】
しかしながら、バックライトは通常液晶ディスプレイの全消費電力のうち50%以上を消費するため、戸外や常時携帯して使用する機会が多い携帯情報機器ではバックライトの代わりに反射板を設置し、周囲光のみで表示を行う反射型液晶表示装置も実現されている。
【0004】
反射型液晶表示装置で用いられる表示モードには、現在透過型で広く用いられているTN(ツイステッドネマティック)モード、STN(スーパーツイステッドネマティック)モードといった偏光板を利用するタイプの他、偏光板を用いないために明るい表示が実現できる相転移型ゲストホストモードも近年盛んに開発が行われており、例えば特開平4−75022号公報に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、相転移型ゲストホストモードは、液晶分子と色素を分散させた液晶層において色素の光吸収を用いて表示を行なうためコントラストが十分とれず、TN(ツイステッドネマティック)モード及びSTN(スーパーツイステッドネマティック)モードといった偏光板を利用するタイプの液晶表示装置に比べて表示品位は著しく悪くなる。
【0006】
また、平行配向若しくはツイスト配向の液晶表示装置の場合には、液晶層の中心付近の液晶分子は電圧印加時に基板面に対して垂直方向に傾くが、配向膜表面付近の液晶分子は電圧を印加しても基板に対して垂直にならないため液晶層の複屈折率は0には程遠く、電圧印加時に黒表示を行う表示モードの場合、液晶層の複屈折のため十分な黒が表示できず、十分なコントラストを得ることができない。
【0007】
TNモード及びSTNモードの液晶表示装置も現在では輝度やコントラストの点で十分な表示品位を有するとは言い難く、更なる高輝度化及びコントラストの向上等の表示品位の向上が求められている。
【0008】
また、反射型液晶表示装置は、周囲の光が暗い場合に表示に用いる反射光が低下し視認性が極端に低下するという欠点を有し、一方透過型液晶表示装置はこれとは逆に周囲光が非常に明るい晴天下等での視認性が低下する問題があった。
【0009】
従って、透過表示と反射表示を組み合わせた表示装置が開発されているが、黒表示の場合に光漏れが発生し十分な黒レベルが得られない問題点がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一方基板と他方基板の間に液晶層が挟持され、前記一方基板の前記液晶層とは反対の面に設けられた第1の偏光手段と、前記他方基板の前記液晶層とは反対の面に設けられた第2の偏光手段と、前記第1の偏光手段と前記液晶層との間に設けられた第1の位相差板と、前記第2の偏光手段と前記液晶層との間に設けられた第2の位相差板と、を有する液晶表示装置において、前記一方基板は反射機能を有する領域と透過機能を有する領域とを備え、1つの絵素の中に反射表示領域と透過表示領域とが分割して形成され、前記第1の偏光手段の透過軸と前記第2の偏光手段の透過軸が直交し、かつ、前記第1の位相差板の遅相軸と前記第2の位相差板の遅相軸とが直交しており、前記反射表示領域の前記液晶層の厚みの2倍を超えない範囲で、前記透過表示領域の前記液晶層の厚みを前記反射表示領域の前記液晶層の厚みより大きくすることを特徴とする。
【0011】
また、前記第1の位相差板及び前記第2の位相差板がλ/4板である。
【0012】
また、前記第1の偏光手段の透過軸と前記第1の位相差板の遅相軸とのなす角度が45°であり、かつ、前記第2の偏光手段の透過軸と前記第2の位相差板の遅相軸とのなす角度が45°である。
【0013】
以下に本発明による作用について説明する。
【0014】
位相差板を構成する複屈折性材料の常光及び異常光の両者に対する屈折率は光の波長に強く依存しているため、特定の厚さの位相差板内で蓄積された位相遅れもまた波長に依存する。つまり、ある特別の値の位相遅れ(例えばλ/4)を入射光の直線偏光面に与えるには、波長を特定した単波長の光線を入射させた場合のみに完全に達成できる。よって、位相差板を構成する複屈折性材料の屈折率異方性の波長依存性により、λ/4の位相遅れが達成できない波長域では、出射側の偏光手段で遮光されずに透過する光が発生し、暗表示に色づきが生じる。
【0015】
本発明では、第1の位相差板と第2の位相差板の遅相軸を直交させることで、第1の位相差板の屈折率異方性の波長依存性を、第2の位相差板の屈折率異方性の波長依存性で相殺することができ、光の波長帯全域で一定の位相差を満たすようになる。このため暗表示の色づきを改善できる。
【0016】
また、液晶層に負の誘電率異方性を有する垂直配向液晶材料を用いることで、液晶層のリターデションがほぼ0である状態が実現されるので、暗状態がより暗くなるので、コントラストが高くなる。
【0017】
例えば、液晶層に平行配向液晶を用いると、電圧を印加して液晶分子の長軸を電極と垂直方向に向けることで液晶層のリターデションを0にしようとしても、残留リターデションが発生するため液晶層のリターデションは0にはならない。
【0018】
また、ノーマリブラック(以下NBという)ではセルギャップ変化によるコントラスト比の変化はほとんど発生せず、生産性の点でセルギャップ制御に対するある程度の余裕がとれる。
【0019】
液晶層に電圧無印加時に白表示を、電圧印加時に黒表示を行なうノーマリホワイト(以下NWという)ではセルギャップ変化に対して黒になる液晶層への印加電圧が変化するのに対して、液晶層に電圧無印加時に黒表示を、電圧印加時に白表示を行なうNBではセルギャップ変化に対して白になる液晶層への印加電圧が変化する。そのため、NWではセルギャップ変化によりコンラスト比が著しく変化するため、高精度のセルギャップ制御が必要となる。また、NWでは輝点となっていた点欠陥が、NBでは黒点となるため、製造上の良品率向上が見込まれ、輝点フリーの高品位表示パネルが実現できる。
【0020】
これらのことからも、NWに比べてNBの方があらゆる環境下で使用可能な液晶表示装置の表示モードとして優れている。
【0021】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
実施形態1のアクティブマトリクス基板の構成について、図1を用いて説明する。
【0022】
ガラス基板等の絶縁性の基板1にAl、Ta等の反射率の高い材料で形成された反射電極3とITO等の透過率の高い材料で形成された透明電極8とが設けられ、ガラス基板等の絶縁性の基板2にITO等の透過率の高い材料で形成された対向電極4が設けられ、反射電極3及び透明電極8と対向電極4との間に負の誘電異方性を示す液晶材料からなる液晶層5が挟持されている。
【0023】
反射電極3、透明電極8及び対向電極4の液晶層5と接する面にはそれぞれ垂直配向性の配向膜(図示せず)が形成されており、配向膜の塗布後、少なくとも一方の配向膜にラビング等の配向処理を行なっている。ラビングによる配向処理に代えて、光配向や電極形状等で配向を規制しても良い。
【0024】
液晶層5の液晶分子は、垂直配向性の配向膜に対するラビング等の配向処理により、基板面の垂直方向に対して、概ね0度または0.1度から5度程度のティルト角を持って配向される。
【0025】
ここで、反射電極3は液晶層に電圧を印加する電極として用いられるが、反射電極3を電極として使わずに反射板として用いてもよい。その場合、透明電極8を反射板の領域まで延ばして、透明電極8を反射領域で液晶層5に電圧を印加する電極としても良い。
【0026】
液晶層5の液晶材料として、Ne=1.5546、No=1.4773の屈折率異方性を有する液晶材料を用いた。
【0027】
基板2の対向電極4が形成された側の反対面にλ/4板7が配置され、さらに基板1の反射電極3及び透明電極8が形成された側の反対面にλ/4板10が配置され、λ/4板10の遅相軸はλ/4板7の遅相軸と直交するように設定されている。
【0028】
λ/4板7の基板2とは反対側の面に偏光板6が、λ/4板10の基板1とは反対側の面に偏光板9がそれぞれ設けられており、偏光板6の透過軸はλ/4板7の遅相軸に対して45度、偏光板9の透過軸はλ/4板10の遅相軸に対して45度傾むくように、また偏光板6の透過軸は偏光板9の透過軸に対して直交するように設定されている。この場合、偏光板の透過軸はλ/4板の遅相軸に対し45度に設定されているが、その角度の方向は+方向でも−方向でもどちらでもよい。
【0029】
図2(a)は実施形態1の液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の平面概略図を示し、図2(b)は図2(a)のA−A断面図を示す。
【0030】
アクティブマトリクス基板は、ゲート配線21、データ配線22、駆動素子23、ドレイン電極24、補助容量電極25、ゲート絶縁膜26、絶縁性基板27、コンタクトホール28、層間絶縁膜29、反射用絵素電極30と透過用絵素電極31を備えている。
【0031】
補助容量電極25は、ドレイン電極24と電気的に接続されており、ゲート絶縁膜26を介してゲート配線21と重畳し補助容量を形成している。
【0032】
コンタクトホール28は、透過用絵素電極31と補助容量電極25を接続するために層間絶縁膜29に設けられている。
【0033】
このアクティブマトリクス基板は一つの絵素の中に反射用絵素電極30と透過用絵素電極31を備えており、一つの絵素の中に外部からの光を反射する反射用絵素電極30部分とバックライトの光を透過する透過用絵素電極31部分を形成している。
【0034】
ここで、図2(b)では反射用絵素電極30の表面形状を平面として図示しているが、反射特性を向上するために表面形状を凹凸にしても良い。また、絵素電極を反射用絵素電極30と透過用絵素電極31に分割しているが、分割せずに半透過電極を用いても良い。
【0035】
図3、図4を用いて実施形態1の液晶表示装置における反射モード及び透過モードの光の透過状態を説明する。
【0036】
図3は反射電極を用いて表示を行う場合(反射モード)を示し、図3(a)は垂直配向液晶層に電圧が印加されていない暗表示の場合を示し、図3(b)は垂直配向液晶層に電圧が印加された白表示の場合を示している。また、図4は透過電極を用いて表示を行う場合(透過モード)を示し、図4(a)は垂直配向液晶層に電圧が印加されていない暗表示の場合を示し、図4(b)は垂直配向液晶層に電圧が印加された白表示の場合を示している。
【0037】
図3(a)によって反射モードの暗表示を説明する。
【0038】
図3(a)の上側から偏光板6表面に入った入射光は、偏光板6を通った後偏光軸が偏光板の透過軸に一致した直線偏光となり、λ/4板7に入射される。
【0039】
λ/4板7は、偏光板6の透過軸方向とλ/4板7の遅相軸方向が45度になるように配置されており、λ/4板7を通過した光は円偏光になる。
【0040】
液晶層5に電界を印加していない場合は、負の誘電異方性を示す液晶材料を用いた液晶層5は液晶分子が基板面からほぼ垂直に配向しており、入射する光に対する液晶層5の屈折率異方性は極わずかであり、光が液晶層5を透過することによって生じる位相差はほぼ0である。
【0041】
従って、λ/4板7を通過した円偏光の光線は、円偏光をほとんど崩さずに液晶層5を透過し、一方の基板1上にある反射電極3にて反射される。
【0042】
反射された光は回転方向が逆転した円偏光となり、λ/4板7を通過して入射時と直交する直線偏光となり、偏光板6に入射される。
【0043】
λ/4板7を通過した直線偏光は、偏光板6の透過軸と直交する方向の直線偏光であり、偏光板6で吸収され透過しない。
【0044】
この様に、液晶層5に電圧を印加しない場合は暗表示となる。
【0045】
次に図3(b)によって反射モードの白表示を説明する。
【0046】
図3(b)は、液晶層5に電圧を印加する場合であり、λ/4板7を通過するまでは図3(a)と同一であり説明は省略する。
【0047】
液晶層5に電圧を印加すると、基板面から垂直方向に配向していた液晶分子は基板面と水平方向に幾分傾き、液晶層5に入射したλ/4板7からの円偏光は、液晶分子の複屈折により楕円偏光になり、反射電極3で反射された後さらに液晶層5で液晶分子の複屈折の影響を受け、λ/4板7を通過した後には偏光板6の透過軸と直交する直線偏光にはならず、偏光板6を幾分通過する。
【0048】
こうして、液晶層に印加される電圧を調整することで、反射した後に偏光板6を透過できる光量を調節することができ、階調表示が可能になる。
【0049】
また、反射電極3と対向電極4から液晶層5に電圧を印加し、液晶層5の位相差が1/4波長条件になるように液晶分子の配向状態を変化させると、λ/4板7を通過した後の円偏光は液晶層5を通過して反射電極3に達したときに偏光板6の透過軸と直交する直線偏光になり、再び液晶層5を通過して円偏光になった後にλ/4板7を通過し、偏光板6の透過軸と平行な直線偏光になり、偏光板6を通過する反射光は最大になる。
【0050】
図3(b)には、反射電極3で反射された光が最も偏光板6を透過する液晶層5のリタデーション条件で図示しており、反射電極3上で偏光板6の透過軸と直交する方向の直線偏光となっている。
【0051】
従って、液晶層5に電圧が印加されないときは、液晶層5に複屈折はほとんど無く暗表示が得られ、液晶層5に電圧が印加するとその印加電圧によって光の透過率が変化し階調表示が可能になる。
【0052】
図4(a)によって透過モードの暗表示を説明する。
【0053】
図4(a)の下側から光源(図示せず)によって出射された光は偏光板9を通過後、偏光板9の透過軸に一致した直線偏光になる。
【0054】
λ/4板10は、λ/4板10の遅相軸方向と偏光板9の透過軸方向が45度になるように配置されており、λ/4板10を通過した光は円偏光になる。
【0055】
液晶層5に電界を印加しない場合は、負の誘電異方性を示す液晶材料を用いた液晶層5は液晶分子が基板面からほぼ垂直に配向しており、入射する光に対する液晶層5の屈折率異方性は極わずかであり、光が液晶層5を通過することによって生じる位相差はほぼ0である。
【0056】
従って、λ/4板10から出射される円偏光は、円偏光を崩さずに液晶層5を通過し、λ/4板7に入射する。
【0057】
λ/4板10の遅相軸方向とλ/4板7の遅相軸方向は直交しており、λ/4板7に入射した円偏光は、偏光板9の透過軸方向と直交する方向の直線偏光になり、偏光板6に入射される。
【0058】
λ/4板7から出射された直線偏光は、偏光板6の透過軸と直交する方向の直線偏光であり、偏光板6で吸収され光は透過しない。
【0059】
この様に、液晶層5に電圧を印加しない場合は暗表示になる。
【0060】
次に図4(b)によって透過モードの明表示を説明する。
【0061】
図4(b)は液晶層に電圧を印加する場合でありλ/4板10を光が通過するまでは図3(a)と同一であり説明は省略する。
【0062】
液晶層5に電圧を印加すると、基板面から垂直方向に配向していた液晶分子は基板面と水平方向に幾分傾き、液晶層5に入射したλ/4板10からの円偏光は、液晶分子の複屈折により楕円偏光になり、λ/4板7を通過した後には偏光板6の透過軸と直交する直線偏光にはならず、偏光板6を幾分通過する。
【0063】
こうして、液晶層に印加される電圧を調整することで、反射した後に偏光板6を透過する光量を調節することができ、階調表示が可能になる。
【0064】
また、液晶層5に電圧を印加し、液晶層5の位相差が1/2波長条件になるように液晶分子の配向状態を変化させると、λ/4板7を通過した後の円偏光は液晶層5のセル厚の半分の地点で直線偏光になり、残りの液晶層5を通過すると円偏光になる。
【0065】
液晶層5から出射される円偏光はλ/4板7を通過すると、偏光板6の透過軸と平行な直線偏光になり、偏光板6を通過する反射光は最大になる。
【0066】
図3(b)には、偏光板9を通過した光が最も偏光板6を透過する液晶層5のリタデーション条件で図示している。
【0067】
従って、液晶層5に電圧が印加されてないときは、液晶層5に複屈折はほとんど無く暗表示が得られ、液晶層5に電圧が印加するとその印加電圧によって光の透過率が変化し階調表示が可能になる。
【0068】
図5は、本実施形態の構成であるλ/4板7とλ/4板10の遅相軸を直交に配置した場合と、比較例としてλ/4板7とλ/4板10の遅相軸を平行に配置した場合に、黒表示のときの光の波長と透過率の関係を示す図である。
【0069】
本実施形態では、位相差板の遅相軸を直交させることで、位相差板の屈折率異方性の波長依存性を相殺することができ、光の波長帯全域で一定の位相差を満たすようになり暗表示の色づきを改善できる。
【0070】
ここで、反射モードの明状態で反射率が最大となる液晶層5の位相差はλ/4であり、透過モードの明状態で透過率が最大となる液晶層5の位相差はλ/2であることから、反射モードとして用いる領域の液晶層と透過モードとして用いる領域の液晶層の厚みが等しい場合には、反射モードとして用いる領域の液晶層5の位相差をλ/4、透過モードとして用いる領域の液晶層5の位相差をλ/2という位相差を同時に満たすことはできない。
【0071】
つまり、反射モードとして用いる領域の液晶層5の位相差が0からλ/4に変化することで階調表示を行なう場合は、透過モードとして用いる領域の液晶層5の位相差も0からλ/4までしか変化しないために、透過モードは効率良く光を利用することができない。
【0072】
よって、反射モードとして用いる領域の液晶層と透過モードとして用いる領域の液晶層の厚みを変えるか、反射モードとして用いる領域の液晶層と透過モードとして用いる領域の液晶層に印加する電圧を変えることで、反射モード、透過モード共に効率良く光を利用することができる。ここで、反射モードとして用いる領域の液晶層と透過モードとして用いる領域の液晶層の厚みを変える際に、透過モードとして用いる領域の液晶層の厚みを反射モードとして用いる領域の液晶層の厚みの2倍にすると、反射モードとして用いる領域の液晶層5の位相差をλ/4、透過モードとして用いる領域の液晶層5の位相差をλ/2という位相差を同時に満たすことができる。また、透過モードとして用いる領域の液晶層の厚みを反射モードとして用いる領域の液晶層の厚みの2倍にしなくても、透過モードとして用いる領域の液晶層の厚みを反射モードとして用いる領域の液晶層の厚みの2倍を超えない範囲で、透過モードとして用いる領域の液晶層の厚みを反射モードとして用いる領域の液晶層の厚みより大きくすることで、光の利用効率は向上する。
【0073】
ここで、λ/4板7、10を構成する複屈折性材料の常光及び異常光の両者に対する屈折率は波長に強く依存しているため、特定の厚さの波長板内で蓄積された位相遅れもまた波長に依存する。つまり、λ/4の位相遅れを入射光の直線偏光面に与えるには、波長を特定した単波長の光線を入射させた場合のみに完全に達成できる。よって、λ/4板7、10を構成する複屈折性材料の屈折率異方性の波長依存性により、λ/4の位相遅れが達成できない波長域で偏光板6で遮光されずに透過する光が発生し、暗表示に色づきが生じるが、λ/4板10の遅相軸はλ/4板7の遅相軸と直交するように、また偏光板6の透過軸は偏光板9の透過軸に対して直交するように設定することで、透過モードにおいて、λ/4板10の屈折率異方性の波長依存性を、λ/4板7の屈折率異方性の波長依存性で相殺することができ、波長帯全域でλ/4条件を満たすようになる。このため暗表示の色づきを改善できる。
【0074】
さらに、液晶層5の視角特性を改善させるため、偏光板6と液晶層5の間と偏光板9と液晶層5の間の少なくとも一方に、別の位相差板を設置させることで、広い視角範囲で良好な表示が実現される。
【0075】
また、実施形態1では液晶層5に垂直配向性液晶を用いているが、基板表面近傍の液晶分子の配向が基板面の垂直方向に対してある程度のティルト角を持つ場合には、液晶層5に電圧無印加時でも完全にリタデーションは0にはならないため、その分を補償するためλ/4板7を代えて位相差板のリタデーションを調整すればより良好な暗表示が得られる。
【0076】
液晶分子が概ね基板面の垂直方向に向いている状態の液晶層において、反射モードではαのリターデーションが残存している場合、λ/4板7に代えて、(λ/4−α)のリターデーションをもつ位相差板を配置すればよい。
【0077】
反射モードでは、液晶層には、円偏光から液晶層の残存しているリターデーション分ずれた楕円偏光が入射する。液晶層を通過し、反射機能を有する領域で円偏光となり、反射して回転方向が逆転した円偏光となる。液晶層を通過して液晶層から出射するとき、円偏光からずれた楕円偏光となる。このときの楕円偏光は、入射時位相が90度ずれた状態にある。位相差板を通過すると偏光板6の透過軸と直交する直線偏光となる。
【0078】
反射用絵素電極が透過用絵素電極より大きい場合など、反射型表示がメインとなる場合は透過モードの表示に用いているλ/4板10はそのままでもよい。
【0079】
従って、液晶分子が基板面の垂直方向に向いている状態の液晶層に残存するリターデーションが無視できない場合でも、そのリターデーションを考慮した位相差板を配置することにより反射モードでコントラストの高い表示が実現できる。
【0080】
更に、液晶層に反射モードではα、透過モードではβのリターデーションが残存している場合、λ/4板7に代えて(λ/4−α)のリターデーションをもつ位相差板、λ/4板10に代えて(λ/4−(β−α))のリターデーションをもつ位相差板を配置すればよい。
【0081】
透過機能を有する領域の透過光で表示を行う透過モードでは、液晶分子が基板面の垂直方向に向いている状態では、液晶層を出射したとき反射モードの出射光と同じ状態の楕円偏光となるように上記(λ/4−(β−α))のリターデーションをもつ位相差板が設定され、その位相差を有した楕円偏光が上記(λ/4−α)のリターデーションをもつ位相差板に入射するので、上記(λ/4−α)のリターデーションをもつ位相差板を通過したとき、偏光板6の透過軸と直交する直線偏光となり光漏れの少ない暗表示となる。
【0082】
従って、液晶分子が基板面の垂直方向に向いている状態の液晶層に残存するリターデーションが無視できない場合でも、そのリターデーションを考慮した位相差板を配置することにより反射モードでコントラストの高い表示が実現できる。
【0083】
また、実施形態1では液晶層5に垂直配向性液晶を用いているが、平行配向性液晶を用いても同様の原理で表示が可能である。但し、平行配向性液晶を用いると電圧印加につれて液晶層5のリタデーションが小さくなるが、電圧印加時に基板近傍以外の液晶分子が概ね基板面の垂直方向に向いている状態でも、基板近傍の液晶分子は電界によりほとんど動かないため、基板近傍の液晶分子による残留リタデーションが生じる。そのため、垂直配向性液晶を用いた場合よりも平行配向性液晶を用いると残留リタデーションの影響分、暗表示時に光もれが発生し黒レベルが浮きコントラスト低下が発生する。そのため、平行配向性液晶を用いて垂直配向性液晶同様の黒レベルを表示するには、残留リタデーションを補償するように上下基板それぞれの近傍の液晶分子による残留リタデーションを打ち消すように上下基板に液晶分子を配向させるか、位相差板を追加する必要が有る。
【0084】
【発明の効果】
本発明によれば、第1の位相差板と第2の位相差板の遅相軸を直交させることで、第1の位相差板の屈折率異方性の波長依存性を、第2の位相差板の屈折率異方性の波長依存性で相殺することができ、光の波長帯全域でλ/4条件を満たすようになり、反射機能と透過機能を有する液晶表示装置において、透過モードでも暗表示の色づきを改善できる。
【0085】
また、液晶層に負の誘電率異方性を有する垂直配向液晶材料を用いることで、液晶層のリターデションがほぼ0である状態が実現されるので、暗状態がより暗くなるので、コントラストが高くなる。
【0086】
また、ノーマリブラック(以下NBという)ではセルギャップ変化によるコントラスト比の変化はほとんど発生せず、生産性の点でセルギャップ制御に対するある程度の余裕がとれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の液晶表示装置の断面模式図である。
【図2】本発明の実施形態1及び実施形態2の液晶表示装置の平面図である。
【図3】本発明の実施形態1の液晶表示装置の反射領域での光の透過状態を示す図である。
【図4】本発明の実施形態1の液晶表示装置の透過領域での光の透過状態を示す図である。
【図5】黒表示を行うときの光の波長と透過率の関係を示す図である。
【符号の説明】
1、2 基板
3 反射電極
4 対向電極
5 液晶層
6、9 偏光板
7、10 λ/4板
8 透明電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
[0002]
[Prior art]
Unlike liquid crystal displays (CRTs) and ELs (electroluminescence), liquid crystal displays do not emit light themselves, so a transmissive liquid crystal display device is used in which a backlight is installed behind the liquid crystal display element for illumination.
[0003]
However, since the backlight usually consumes 50% or more of the total power consumption of the liquid crystal display, a portable information device that is frequently used outdoors or always carried is installed with a reflector instead of the backlight. A reflection type liquid crystal display device that performs display only by itself is also realized.
[0004]
As a display mode used in the reflective liquid crystal display device, a polarizing plate is used in addition to a type using a polarizing plate such as a TN (twisted nematic) mode and a STN (super twisted nematic) mode which are widely used at present. In recent years, a phase transition type guest-host mode capable of realizing bright display has been actively developed and disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-75022.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the phase transition type guest-host mode performs display using light absorption of the dye in the liquid crystal layer in which liquid crystal molecules and the dye are dispersed, the contrast is not sufficient, and the TN (twisted nematic) mode and the STN (super twisted nematic). ) The display quality is significantly worse than that of a liquid crystal display device using a polarizing plate such as a mode.
[0006]
In the case of a liquid crystal display device of parallel alignment or twist alignment, liquid crystal molecules near the center of the liquid crystal layer are inclined in a direction perpendicular to the substrate surface when a voltage is applied, but voltage is applied to the liquid crystal molecules near the surface of the alignment film. Even if it is not perpendicular to the substrate, the birefringence of the liquid crystal layer is far from 0. In the display mode in which black display is performed when a voltage is applied, sufficient black cannot be displayed due to the birefringence of the liquid crystal layer. A sufficient contrast cannot be obtained.
[0007]
TN mode and STN mode liquid crystal display devices are also difficult to say at present with sufficient display quality in terms of brightness and contrast, and further improvements in display quality such as higher brightness and improved contrast are required.
[0008]
In addition, the reflection type liquid crystal display device has a drawback that the reflected light used for display is lowered when the ambient light is dark and the visibility is extremely lowered. There was a problem that the visibility under a clear sky or the like where the light was very bright was lowered.
[0009]
Therefore, a display device combining transmissive display and reflective display has been developed, but there is a problem in that light leakage occurs in black display and a sufficient black level cannot be obtained.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, whereas the liquid crystal layer is sandwiched between the substrate and the second substrate, a first polarization means above the first substrate the liquid crystal layer of which is provided on the opposite side, and the liquid crystal layer of the other substrate A second polarizing means provided on the opposite surface; a first retardation plate provided between the first polarizing means and the liquid crystal layer; the second polarizing means and the liquid crystal layer; A liquid crystal display device having a second retardation plate provided between the first substrate and the first substrate, wherein the one substrate includes a region having a reflective function and a region having a transmissive function. And the transmission display region are formed separately, the transmission axis of the first polarizing means and the transmission axis of the second polarizing means are orthogonal, and the slow axis of the first retardation plate and the and the slow axis of the second retardation plate is orthogonal, Do more than twice the thickness of the liquid crystal layer of the reflective display region Range, characterized by greater than a thickness of the liquid crystal layer of the transmissive display region and the reflective display region and the thickness of the liquid crystal layer of the.
[0011]
The first retardation plate and the second retardation plate are λ / 4 plates.
[0012]
The angle formed between the transmission axis of the first polarizing means and the slow axis of the first retardation plate is 45 °, and the transmission axis of the second polarizing means and the second position The angle formed with the slow axis of the phase difference plate is 45 °.
[0013]
The operation according to the present invention will be described below.
[0014]
Since the refractive index for both ordinary light and extraordinary light of the birefringent material constituting the retardation plate strongly depends on the wavelength of the light, the phase delay accumulated in the retardation plate of a specific thickness is also the wavelength. Depends on. In other words, in order to give a phase delay of a specific value (for example, λ / 4) to the linear polarization plane of incident light, it can be completely achieved only when a single wavelength light beam having a specified wavelength is incident. Therefore, in the wavelength region where the phase delay of λ / 4 cannot be achieved due to the wavelength dependence of the refractive index anisotropy of the birefringent material constituting the phase difference plate, the light that is transmitted without being blocked by the polarizing means on the output side Occurs, and the dark display is colored.
[0015]
In the present invention, the wavelength dependency of the refractive index anisotropy of the first retardation plate is changed to the second retardation by making the slow axes of the first retardation plate and the second retardation plate orthogonal. The wavelength dependence of the refractive index anisotropy of the plate can be canceled out, and a certain phase difference is satisfied over the entire wavelength band of light. For this reason, coloring of dark display can be improved.
[0016]
In addition, by using a vertically aligned liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy for the liquid crystal layer, a state in which the retardation of the liquid crystal layer is almost zero is realized, so that the dark state becomes darker, so that the contrast is increased. Get higher.
[0017]
For example, when parallel alignment liquid crystal is used for the liquid crystal layer, residual retardation occurs even if an attempt is made to reduce the retardation of the liquid crystal layer to 0 by applying a voltage and directing the major axis of the liquid crystal molecules in a direction perpendicular to the electrode. The retardation of the liquid crystal layer does not become zero.
[0018]
Further, in normally black (hereinafter referred to as NB), the contrast ratio hardly changes due to the cell gap change, and a certain degree of margin for the cell gap control can be obtained in terms of productivity.
[0019]
In normally white (hereinafter referred to as NW), which displays white when no voltage is applied to the liquid crystal layer and displays black when a voltage is applied, the applied voltage to the liquid crystal layer that changes to black with respect to the cell gap changes, In an NB that performs black display when no voltage is applied to the liquid crystal layer and performs white display when a voltage is applied, the voltage applied to the liquid crystal layer that changes to white changes with respect to the cell gap change. For this reason, in NW, the contrast ratio changes remarkably due to a change in the cell gap, so that highly accurate cell gap control is required. In addition, since the point defect that has been a bright spot in NW becomes a black spot in NB, an improvement in the yield of non-defective products is expected, and a bright spot-free high-quality display panel can be realized.
[0020]
Also from these things, NB is superior to NW as a display mode of a liquid crystal display device that can be used in any environment.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
The configuration of the active matrix substrate of
[0022]
An insulating
[0023]
A vertical alignment film (not shown) is formed on each surface of the
[0024]
The liquid crystal molecules of the
[0025]
Here, the
[0026]
As the liquid crystal material of the
[0027]
A λ / 4
[0028]
A
[0029]
2A is a schematic plan view of an active matrix substrate of the liquid crystal display device of
[0030]
The active matrix substrate includes a gate wiring 21, a data wiring 22, a driving element 23, a
[0031]
The
[0032]
The contact hole 28 is provided in the
[0033]
This active matrix substrate includes a reflective pixel electrode 30 and a
[0034]
Here, in FIG. 2B, the surface shape of the reflective pixel electrode 30 is illustrated as a plane, but the surface shape may be uneven to improve reflection characteristics. Further, although the picture element electrode is divided into the reflection picture element electrode 30 and the transmission
[0035]
The light transmission state of the reflection mode and the transmission mode in the liquid crystal display device of
[0036]
FIG. 3 shows a case where display is performed using a reflective electrode (reflection mode), FIG. 3A shows a case of dark display in which no voltage is applied to the vertical alignment liquid crystal layer, and FIG. The case of white display in which a voltage is applied to the alignment liquid crystal layer is shown. FIG. 4 shows a case where display is performed using a transmissive electrode (transmission mode), FIG. 4A shows a case of dark display where no voltage is applied to the vertical alignment liquid crystal layer, and FIG. Indicates a white display in which a voltage is applied to the vertical alignment liquid crystal layer.
[0037]
The dark display in the reflection mode will be described with reference to FIG.
[0038]
The incident light that has entered the surface of the
[0039]
The λ / 4
[0040]
When an electric field is not applied to the
[0041]
Therefore, the circularly polarized light beam that has passed through the λ / 4
[0042]
The reflected light becomes circularly polarized light whose rotation direction is reversed, passes through the λ / 4
[0043]
The linearly polarized light that has passed through the λ / 4
[0044]
As described above, when no voltage is applied to the
[0045]
Next, the white display in the reflection mode will be described with reference to FIG.
[0046]
FIG. 3B shows a case where a voltage is applied to the
[0047]
When a voltage is applied to the
[0048]
Thus, by adjusting the voltage applied to the liquid crystal layer, the amount of light that can be transmitted through the
[0049]
Further, when a voltage is applied from the
[0050]
FIG. 3B shows the retardation condition of the
[0051]
Accordingly, when no voltage is applied to the
[0052]
The dark display in the transmission mode will be described with reference to FIG.
[0053]
The light emitted from the lower side of FIG. 4A by a light source (not shown) passes through the
[0054]
The λ / 4
[0055]
When no electric field is applied to the
[0056]
Therefore, the circularly polarized light emitted from the λ / 4
[0057]
The slow axis direction of the λ / 4
[0058]
The linearly polarized light emitted from the λ / 4
[0059]
Thus, when no voltage is applied to the
[0060]
Next, the bright display in the transmission mode will be described with reference to FIG.
[0061]
FIG. 4B shows a case where a voltage is applied to the liquid crystal layer, and is the same as FIG. 3A until light passes through the λ / 4
[0062]
When a voltage is applied to the
[0063]
Thus, by adjusting the voltage applied to the liquid crystal layer, the amount of light transmitted through the
[0064]
Further, when a voltage is applied to the
[0065]
When the circularly polarized light emitted from the
[0066]
FIG. 3B shows the retardation condition of the
[0067]
Therefore, when no voltage is applied to the
[0068]
FIG. 5 shows a case where the slow axes of the λ / 4
[0069]
In the present embodiment, by making the slow axis of the phase difference plate orthogonal, the wavelength dependence of the refractive index anisotropy of the phase difference plate can be offset, and a constant phase difference is satisfied over the entire wavelength band of light. As a result, coloring of the dark display can be improved.
[0070]
Here, the phase difference of the
[0071]
That is, when gradation display is performed by changing the phase difference of the
[0072]
Therefore, by changing the thickness of the liquid crystal layer in the region used as the reflection mode and the liquid crystal layer in the region used as the transmission mode, or by changing the voltage applied to the liquid crystal layer in the region used as the reflection mode and the liquid crystal layer in the region used as the transmission mode. Light can be used efficiently in both the reflection mode and the transmission mode. Here, when changing the thickness of the liquid crystal layer in the region used as the reflection mode and the thickness of the liquid crystal layer in the region used as the transmission mode, the thickness of the liquid crystal layer in the region used as the transmission mode is 2 times the thickness of the liquid crystal layer in the region used as the reflection mode. When doubled, the phase difference of the
[0073]
Here, since the refractive index of the birefringent material constituting the λ / 4
[0074]
Furthermore, in order to improve the viewing angle characteristics of the
[0075]
In the first embodiment, vertical alignment liquid crystal is used for the
[0076]
When the retardation of α remains in the reflection mode in the liquid crystal layer in which the liquid crystal molecules are substantially oriented in the direction perpendicular to the substrate surface, instead of the λ / 4
[0077]
In the reflection mode, elliptically polarized light that is shifted from the circularly polarized light by the remaining retardation of the liquid crystal layer is incident on the liquid crystal layer. It passes through the liquid crystal layer and becomes circularly polarized light in a region having a reflection function, and becomes circularly polarized light that is reflected and whose rotation direction is reversed. When the light passes through the liquid crystal layer and exits from the liquid crystal layer, it becomes elliptically polarized light deviated from circularly polarized light. The elliptically polarized light at this time is in a state where the phase at the time of incidence is shifted by 90 degrees. When passing through the retardation plate, it becomes linearly polarized light orthogonal to the transmission axis of the
[0078]
When the reflective display is the main, such as when the reflective pixel electrode is larger than the transmissive pixel electrode, the λ / 4
[0079]
Therefore, even when the retardation remaining in the liquid crystal layer in the state where the liquid crystal molecules are oriented in the direction perpendicular to the substrate surface cannot be ignored, a high contrast display in the reflection mode can be achieved by arranging a retardation plate in consideration of the retardation. Can be realized.
[0080]
Further, when the retardation of α in the reflection mode and β of the transmission mode remains in the liquid crystal layer, a retardation plate having a retardation of (λ / 4−α) instead of the λ / 4
[0081]
In the transmission mode in which the display is performed with the transmitted light of the region having the transmission function, when the liquid crystal molecules are oriented in the vertical direction of the substrate surface, the elliptically polarized light in the same state as the output light in the reflection mode is emitted from the liquid crystal layer. Thus, the retardation plate having the retardation (λ / 4- (β-α)) is set, and the elliptically polarized light having the retardation has the retardation (λ / 4-α). Since the light is incident on the plate, when it passes through the retardation plate having the retardation of (λ / 4−α), it becomes linearly polarized light orthogonal to the transmission axis of the
[0082]
Therefore, even when the retardation remaining in the liquid crystal layer in the state where the liquid crystal molecules are oriented in the direction perpendicular to the substrate surface cannot be ignored, a high contrast display in the reflection mode can be achieved by arranging a retardation plate in consideration of the retardation. Can be realized.
[0083]
In the first embodiment, the vertically aligned liquid crystal is used for the
[0084]
【The invention's effect】
According to the present invention, by making the slow axes of the first retardation plate and the second retardation plate orthogonal, the wavelength dependence of the refractive index anisotropy of the first retardation plate can be reduced to the second value. In the liquid crystal display device having a reflection function and a transmission function, the transmission mode can be canceled by the wavelength dependence of the refractive index anisotropy of the retardation plate, and satisfy the λ / 4 condition over the entire wavelength band of light. But it can improve the coloring of the dark display.
[0085]
In addition, by using a vertically aligned liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy for the liquid crystal layer, a state in which the retardation of the liquid crystal layer is almost zero is realized, so that the dark state becomes darker, so that the contrast is increased. Get higher.
[0086]
Further, in normally black (hereinafter referred to as NB), the contrast ratio hardly changes due to the cell gap change, and a certain degree of margin for the cell gap control can be obtained in terms of productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a liquid crystal display device according to
FIG. 3 is a diagram illustrating a light transmission state in a reflection region of the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a light transmission state in a transmission region of the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light and the transmittance when black display is performed.
[Explanation of symbols]
1, 2
Claims (3)
前記一方基板は反射機能を有する領域と透過機能を有する領域とを備え、1つの絵素の中に反射表示領域と透過表示領域とが分割して形成され、
前記第1の偏光手段の透過軸と前記第2の偏光手段の透過軸が直交し、かつ、前記第1の位相差板の遅相軸と前記第2の位相差板の遅相軸とが直交しており、
前記反射表示領域の前記液晶層の厚みの2倍を超えない範囲で、前記透過表示領域の前記液晶層の厚みを前記反射表示領域の前記液晶層の厚みより大きくすることを特徴とする液晶表示装置。 Meanwhile the liquid crystal layer is sandwiched between the substrate and the second substrate, a first polarization means above the first substrate the liquid crystal layer of which is provided on the opposite side, the opposite side to the liquid crystal layer of the other substrate Provided between the second polarizing means provided, the first retardation plate provided between the first polarizing means and the liquid crystal layer, and between the second polarizing means and the liquid crystal layer. In the liquid crystal display device having the second retardation plate ,
The one substrate includes a region having a reflective function and a region having a transmissive function, and is formed by dividing a reflective display region and a transmissive display region in one picture element,
The transmission axis of the first polarizing means and the transmission axis of the second polarizing means are orthogonal, and the slow axis of the first retardation plate and the slow axis of the second retardation plate are Orthogonal ,
A liquid crystal display characterized in that the thickness of the liquid crystal layer in the transmissive display region is larger than the thickness of the liquid crystal layer in the reflective display region within a range not exceeding twice the thickness of the liquid crystal layer in the reflective display region. apparatus.
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