WO2000075718A1 - Afficheur à cristaux liquides - Google Patents

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Description

明 細 書 液 晶 表 示 装 置
技 術 分 野
この発明は液晶表示装置に関し、 特に液晶素子の内部に設けた反射板と液晶素子 の外側に設けた 1枚の偏光板とによって、 明るい白黒表示や力ラ一表示を実現する 単偏光板方式の反射型液晶表示装置および半透過反射型液晶表示装置に関するもの である。 背 景 技 術
従来、 反射型液晶表示装置としては、 1対の偏光板の間に T N (ッイステツドネ マティック） 液晶素子や S T N (スーパッイステツドネマチック） 液晶素子を配置 し、 その一方の偏光板の外側に反射層を設けた構造のものが主に用いられている。 しかし、 このような反射型液晶表示装置は、 外光が視認側から入射して反射層に よって反射されて視認側へ出射するまでに、 2枚の偏光板を 2回ずつ通過すること になるため、 光量の減少が多く表示が暗かった。 、 さらに、 反射層が液晶素子のガ ラス基板の外側にあるので、 表示に影が生じるという問題もあった。
このような問題の対策として、 偏光板 1枚で表示が可能な単偏光板型の反射型液 晶表示装置が提案されている。 それによれば、 偏光板が 1枚であることから、 従来 の偏光板を 2枚用いる反射型液晶表示装置に比べて光量の減少が少なくなり、 表示 の明るさを改善することができる。
また、 単偏光板型液晶表示装置では、 反射層を液晶素子の内部に形成することに よって、 表示の影の問題も解決することが可能である。
このような単偏光板型液晶表示装置は、 例えば特開平 4一 9 7 1 2 1号公報 （J P , 0 4 - 9 7 1 2 1 , A) に見られるように、 1枚の偏光板と 1枚の位相差板と、 反射層を内在した液晶素子とから構成されている。 しかしながら、 このような従来の位相差板を 1枚用いた単偏光板型液晶表示装置 では、 黒表示をするとき、 特定の波長に対してのみ低い反射率 （視認側から見た入 射光量に対する出射光量の比率） が実現され、 すべての波長に亘り低い反射率を実 現することはできず、 コントラス トが不充分であった。
そこで、 良好な黒表示を得るために、 位相差板を 2枚用いた単偏光板型液晶表示 装置も開発されているが、 まだ、 充分なコントラス トは得られていない。
また、 位相差板の代わりに、 液晶層のねじれ方向と逆方向にねじれた構造を持つ 補償層を用いた単偏光板型液晶表示装置が、 例えば特開平 1 0— 1 2 3 5 0 5号公 報 （J P , 1 0 - 1 2 3 5 0 5 , A ) に開示されているが、 この構造でもすベての 波長に亘り低い反射率を実現することはむずかしかった。
さらに、 上述した従来の単偏光板型液晶表示装置では、 反射層は光を透過しない のでバックライ トを設けることができず、 外光が弱い場所や夜間には表示を見るこ とができなかった。
そこで、 反射層として、 薄膜アルミニウムを蒸着ゃスパッタ法で形成したハーフ ミラ一を用いたり、 反射層に画素毎の開口部を設け、 外光が弱い場所や夜間にはバ ックライ トの光で表示を行う半透過反射型の液晶表示装置が開発されている。 しかし、 単偏光板型液晶表示装置の場合、 外光を用いる反射表示の時には、 入射 光が液晶素子を往復した状態で、 1枚の偏光板によってその反射光の出射が制御さ れて良好な黒白表示が得られるように、 液晶素子および位相差板等の光学素子を設 計する必要がある。
一方、 バックライ トを用いた透過表示の時には、 バックライ トからの光が液晶素 子を 1回しか透過せず、 その状態で 1枚の偏光板によってその光の出射が制御され て良好な黒白表示が得られるように、 液晶素子および光学素子を設計する必要があ る。 そのため、 反射表示と透過表示の両方とも高いコントラストを得ることは難し かった。 反射層に画素毎の開口部を設けた液晶表示装置は、 例えば、 特開平 1 0— 2 8 2 4 8 8号公報 （J P , 1 0 - 2 8 2 4 8 8 , A ) に開示されているが、 そこには液 晶素子や光学素子の条件に関する記述は一切なく、 反射表示時と透過表示の時で、 いかにして良好なコントラスト表示を両立させるかについて何も記載されていない。 この発明は、 上述のような技術的背景に鑑みてなされたものであり、 単偏光板型 液晶表示装置において、 すべての波長に亘り良好な低い反射率の黒表示を得ること により、 明るくコントラス卜の高い表示を実現することを目的とする。
また、 単偏光板型液晶表示装置によって、 外光による反射表示とバックライ ト照 明による透過表示とを可能にし、 且つ反射表示と透過表示の両方で高コントラス ト が得られるようにすることも目的とする。 発 明 の 開 示
この発明による液晶表示装置は、 上記の目的を達成するため、 反射層と第 1の電 極を有する第 1の基板と第 2の電極を有する第 2の基板との間に、 ッイスト配向し ているネマチック液晶を狭持して液晶素子を構成し、 その液晶素子の第 2の基板の 外側 （ネマチック液晶に接する側と反対側） にねじれ位相差板を、 さらにその外側 に位相差板と偏光板を順次設けた単偏光板型の反射型液晶表示装置である。
また、 半透過反射層と第 1の電極を有する第 1の基板と第 2の電極を有する第 2 の基板との間に、 ッイスト配向しているネマチック液晶を狭持して液晶素子を構成 し、 その液晶素子の第 2の基板の外側にねじれ位相差板を、 さらにその外側に第 1 の位相差板と第 1の偏光板を順次設け、 液晶素子の第 1の基板の外側 （ネマチック 液晶に接する側と反対側） に、 第 2の位相差板と第 2の偏光板とバックライ トを順 次設け、 その第 2の位相差板の位相差値が概ね 1 Z 4波長である、 半透過反射型液 晶表示装置を形成することもできる。
この場合さらに、 上記第 2の位相差板と第 2の偏光板との間に第 3の位相差板を 設け、 その第 2の位相差板の遅相軸と第 3の位相差板の遅相軸とが概ね直交するよ うにし、 第 2の位相差板の位相差値の波長依存性と第 3の位相差板の位相差値の波 長依存性とを異ならせ、 その第 2の位相差板の位相差値と第 3の位相差板の位相差 値との差が概ね 1 4波長になるようにするとよレ、。
あるいは、 上記第 2の位相差板の遅相軸と第 3の位相差板の遅相軸とが概ね 6 0 ° の角度で交差するようにし、 第 2の位相差板の位相差値が概ね 1 4波長で、 第 3の位相差板の位相差値が概ね 1 / 2波長であるようにしてもよい。
これらの液晶表示装置において、 ねじれ位相差板のツイスト方向を液晶素子のッ ィス ト方向と逆方向にし、 該ねじれ位相差板のツイスト角を液晶素子のッイスト角 より 1 0 ° 〜3 0 ° 小さく し、 且つねじれ位相差板の複屈折量を示す Δ n d値を液 晶素子の A n d値より 0 . 2〜0 . 3 m小さくするのが望ましレ、。
また、 上記液晶素子の第 1の基板と第 2の基板のどちらか 1方の基板に複数色の カラ一フィルタを設けることにより、 カラ一液晶表示装置にすることができる。 また、 上記液晶素子の第 2の基板の外側に拡散層を設けるとよい。
上記半透過反射層を、 厚さ 0 . 0 3 μ π！〜 0 . 0 1 μ mの金属薄膜とする力 画 素毎に開口部を設けた金属薄膜とすることができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 この発明による液晶表示装置の第 1の実施形態の構成を示す模式的な 断面図である。
第 2図は、 同じくその反射層と第 1の電極および第 2の電極との平面的な配置関 係を示す平面図である。
第 3図は、 同じくその液晶素子のッイスト角を説明するための図である。
第 4図は、 同じくそのねじれ位相差板のツイス ト角と位相差板の遅相軸および偏 光板の透過軸との関係を説明するための図である。
第 5図は、 この発明による液晶表示装置の第 2の実施形態の構成を示す模式的な 断面図である。 第 6図は、 同じくその半透過反射層と第 1の電極および第 2の電極との平面的な 配置関係を示す平面図である。
第 7図は、 同じくその液晶素子のッイス ト角と第 2の位相差板の遅相軸および第 2の偏光板の遅相軸との関係を説明するための図である。
第 8図は、 この発明による液晶表示装置の第 3の実施形態の構成を示す模式的な 断面図である。
第 9図は、 同じくその半透過反射層と第 1の電極および第 2の電極との平面的な 配置関係を示す平面図である。
第 1 0図は、 同じくその液晶素子のツイス ト角と第 2の位相差板、 第 3の位相差 板、 および第 2の偏光板の各遅相軸との関係を説明するための図である。
第 1 1図は、 この発明による液晶表示装置の第 4の実施形態における液晶素子の ツイス ト角と第 2の位相差板、 第 3の位相差板、 および第 2の偏光板の各遅相軸と の関係を説明するための図である。
第 1 2図は、 この発明による液晶表示装置の第 5の実施形態の構成を示す模式的 な断面図である。
第 1 3図は、 同じくそのカラ一フィルタと半透過反射層及び第 1 , 第 2の電極と の平面的な配置関係を示す平面図である。
第 1 4図は、 この発明による液晶表示装置の第 6の実施形態の構成を示す模式的 な断面図である。
第 1 5図は、 同じくそのカラーフィルタと反射層及び第 1 , 第 2の電極との平面 的な配置関係を示す平面図である。
第 1 6図は、 この発明による液晶表示装置の第 3の実施形態に用いる位相差板の 位相差値の波長依存性を示す線図である。
第 1 7図は、 この発明による液晶表示装置の第 1の実施形態における分光反射率 曲線を示す線図である。 発明を実施するための最良の形態
この発明をより詳細に説明するために、 添付図面にしたがって、 この発明の実施 の形態を説明する。
〔第 1の実施形態：第 1図から第 4図と第 1 7図）
まず、 この発明による液晶表示装置の第 1の実施形態の構成を、 第 1図から第 4 図によって説明する。
第 1図はその液晶表示装置の構成を示す模式的な断面図であり、 第 2図はその反 射層と第 1および第 2の電極との平面的な配置関係を示す平面図である。
この液晶表示装置は第 1図に示すように、 液晶素子 2 0と、 その視認側 （第 1図 では上側） に順次重ねて設けられたねじれ位相差板 1 2、 位相差板 1 3、 および偏 光板 1 1とによって構成されている。
偏光板 1 1と位相差板 1 3とねじれ位相差板 1 2は、 アタリル系粘着剤で接着し て一体化しており、 液晶素子 2 0の第 2の基板 2の外側 （ネマチック液晶 6に接す る側と反対側） の面にァクリル系粘着剤で貼り付けられている。
液晶素子 2 0は、 それぞれ厚さ 0 . 5 m mのガラス板からなる第 1の基板と第 2 の基板とが、 周囲をシール材 5によって張り合わされ、 その間隙に左回り 2 4 0 ° ッイスト配向しているネマチック液晶 6が封入され挟持されている。
その第 1の基板の内面に、 アルミニウムからなる厚さ 0 . 1 z mの反射層 7と、 それを覆うァクリル系材料からなる厚さ 2 μ mの保護膜 8とが形成され、 その保護 膜 8上に透明電極材料である酸化インジウムスズ （ I T O ) 膜からなる第 1の電極 3が形成されている。 第 2の基板 2の内面にも、 I T O膜からなる第 2の電極 4が 形成されている。
その第 1の電極 3と第 2の電極 4は、 第 2図に仮想線で示すように互いに直交す るストライプ状に多数形成され、 その第 1の電極 3と第 2の電極 4が交差して重な り合う部分がそれぞれ画素部となる。 この第 1の電極 3を形成した第 1の基板 1上 の保護膜 8の表面と、 第 2の電極 4を形成した第 2の基板 2の内面には、 それぞれ 配向膜を形成しているが図示を省略している。
この I TO膜からなる第 1の電極 3と第 2の電極 4の透過率は、 明るさの点で重 要である。 I TO膜のシート抵抗値が低いほど膜厚が厚くなり、 透過率が低くなる。 この実施形態では、 第 2の電極 4にはデータ信号を印加するので、 クロストーク の影響が少なくなるように、 シート抵抗値が約 1 00オームで厚さ 0. 0 5 m程 度の I TO膜を用いる。 その I TO膜の平均透過率は、 約 9 2%である。
また、 第 1の電極 3には走査信号を印加するので、 クロスト一クを低下するため に、 シート抵抗値が約 1 0オームで厚さ 0. 3 μ m程度の I TO膜を用いる。 その I TO膜の平均透過率は、 約 8 9%と幾分低いが、 少なくとも一方の電極に、 透過 率が 9 0%以上の透明電極を用いることによって、 表示の明るさを改善できる。 反射層 7は、 第 1の基板 1の内面にアルミニウム薄膜をスパッタリング法で形成 し、 さらにその表面を保護するために厚さ 0. 0 3 μ mの S i〇2 をスパッタ法で 表面に形成したものであり、 第 2図に仮想線で示した第 1の電極 3と第 2の電極 4 が交差して重なり合う各画素部を全て含む表示領域全体をカバ一する大きさの正方 形又は長方形に形成する。
この反射層 7の表面に凹凸を形成して散乱性を与えると、 視野角特性が改善され るため、 より好ましい。
ねじれ位相差板 1 2は、 ねじれ構造を持つ液晶性高分子ポリマーを、 トリァセチ ルセルロース （TAC) フィルムやポリエチレンテレフタレ一ト （PET) フィノレ ムに配向処理してから塗布し、 1 5 0° C程度の高温で液晶状態にして、 ツイスト 角を調整した後室温まで急冷して、 そのねじれ状態を固定化したフィルムである。 あるいは、 別に用意した配向処理を施したフィルムにねじれ構造を持つ液晶性高 分子ポリマーを塗布し、 上述の場合と同様に 1 50° C程度の高温で液晶状態にし て、 ツイスト角を調整した後室温まで急冷してねじれ状態を固定した後、 その液晶 性高分子ポリマ一を TACフィルムに転写して形成したフィルムでもよい。
この実施形態では、 ツイス ト角 T cがー 2 2 0° で、 複屈折性を示す A n d値で ある R cが 0. 60 μ mの右回りのねじれ位相差板 1 2を用いる。
偏光板 1 1は、 なるべく明るく且つ偏光度が高いことが好ましく、 この実施形態 では、 透過率 4 5%で偏光度 9 9. 9%の材料を使用した。
この偏光板 1 1の表面に、 屈折率の異なる無機薄膜を真空蒸着法ゃスパッタ法で 数層コートした反射率が 0. 5%程度の無反射層を設けることによって、 偏光板 1 1の表面反射が低下して透過率が改善され、 より明るくなる。 また、 黒レベルが低 下することによってコントラス トも改善される。
しかし、 無機薄膜は高価なので、 最近は 1層〜 2層の有機材料をコートした塗布 タイプの無反射膜が開発されており、 反射率は 1 %前後と多少高いが、 低価格であ る。 これらの無反射膜でも無反射層として充分使用可能である。
位相差板 1 3は、 ポリカーボネート （P C) を延伸した厚さ約 70 μ mの透明フ イルムで、 波長 0. 5 5 μ mでの位相差値 F 1が 0. 6 3 μπιである。
次に、 これらの各構成部材の配置関係について第 3図および第 4図を用いて説明 する。 なお、 これらの図に示す角度は、 視認側から見て水平軸に対して反時計方向 に回転する角度をプラス、 時計方向に回転する角度をマイナスとしている。
上述した液晶素子 2 0の第 1の電極 3と第 2の電極 4の表面にはそれぞれ配向膜
(図示せず） が形成され、 第 3図に示すように、 第 1の基板 1側の面は、 水平軸に 対して右上がり 30° 方向にラビング処理することによって、 下液晶分子配向方向 6 aは + 30° となり、 第 2の基板 2側は右下がり 3 0° 方向にラビング処理する ことによって、 上液晶分子配向方向 6 bは一 3 0° となる。
粘度 2 0 c pのネマチック液晶 6には、 カイラル材と呼ぶ旋回性物質を添加して、 ねじれピッチ Pを 1 1 μ πιに調整し、 反時計方向回りでッイスト角 T s力 ^240° の S ΤΝモ一ドの液晶素子 20を形成する。 使用するネマチック液晶 6の複屈折の差 Δ ηは 0. 1 5で、 第 1の基板 1と第 2 の基板 2の隙間であるセルギヤップ dは 5. 6 μ mとする。
したがって、 ネマチック液晶 6の複屈折の差 Δ nとセルギャップ dとの積で表す 液晶素子 2◦の複屈折性を示す Δ n d値 R sは 0. 8 4 μ πιとなる。
また、 第 4図に示すように、 偏光板 1 1の透過軸 1 1 aは水平軸を基準にして、 + 7 0° に配置する。 一方、 ねじれ位相差板 1 2の下分子配向方向 1 2 aは、 水平 軸を基準にして + 5 0° に配置し、 上分子配向方向 1 2 bは 9 0° に配置している。 したがって、 このねじれ位相差板 1 2は時計方向回りでッイスト角 T cが 2 2 0° になり、 液晶素子 2 0とのツイスト角の絶対値の差 Δ Τは、
A T = T s -T c = 2 0°
である。 このねじれ位相差板 1 2の複屈折性を示す Δ n d値 R cは 0 · 6 0 ^ mで あり、 液晶素子 2 0との複屈折性の差 は、
A R = R s -R c = 0. 2 4 m
となる。 さらに、 位相差板 1 3の遅相軸 1 3 aは、 水平軸に対して一 1 0° に配置 されており、 偏光板 1 1の透過軸 1 1 aとの交差角は 8 0° となっている。
次に、 この実施形態の液晶表示装置の作用効果について、 第 1 7図も参照して説 明する。
ねじれ位相差板 1 2の下分子配向方向 1 2 aと液晶素子 2 0の上液晶分子配向方 向 6 bの交差角が 9 0。 前後の場合に、 液晶素子 2 0の複屈折性とねじれ位相差板 1 2の複屈折性は減算する。
したがって、 液晶素子 2 0の複屈折性とねじれ位相差板 1 2の複屈折性は減算さ れ、 この実施形態では、 A R= 0. 2 4 inとなるが、 液晶素子 2 0のネマチック 液晶 6はッイストしているので、 位相差板としての実質的な位相差値としては 1 Z 4波長相当の 0. 1 4 μ ιη程度となる。
さらに、 この実施形態では、 ねじれ位相差板 1 2の下分子配向方向 1 2 aと液晶 素子 20の上液晶分子配向方向 6 bの交差角を 8 0° にすることと、 ねじれ位相差 板 1 2のツイス ト角 T cを液晶素子 20のッイスト角 T sより小さくすることによ つて、 良好な白表示と黒表示ができるように表示色の補正を行っている。
ねじれ位相差板 1 2のッイスト角 T cは、 液晶素子 20のッイスト角 T sよりあ まり小さいと複屈折性の減算が不充分になるので、 ッイスト角の絶対値の差 ΔΤ = T s— T cは、 1 0° 〜30° が好ましい。 また、 複屈折性の差 Δ R = R s— R c は、 0. 2〜0. 3 μ mで表示可能であった。
偏光板 1 1の透過軸 1 1 aと位相差板 1 3の遅相軸 1 3 aとの交差角が 90° の 場合は、 まったく位相差は発生しないが、 この実施形態のように、 偏光板 1 1の透 過軸 1 1 aと位相差板 1 3の遅相軸 1 3 a との交差角を 8 0° にすることにより、 ごく僅かに位相差を発生させて、 波長毎の位相差を補正している。
第 1 7図に、 この実施形態による単偏光板型の液晶表示装置の入射光の波長によ る反射特性を示す。
曲線 34は第 1の電極 3と第 2の電極 4との間に電圧を印加しない時 （電圧無印 加時） の黒表示状態での反射率を、 曲線 3 5はオン電圧を印加した時の白表示状態 での反射率を示す。
曲線 3 6は比較のために、 位相差板として通常の PC 1枚だけの 1Z4波長板を 用いた単偏光板型の液晶表示装置の電圧無印加時の黒表示状態での反射率を示す。 第 1図において、 上方の視認側から偏光板 1 1を通して入射した直線偏光は、 位 相差板 1 3とねじれ位相差板 1 2と電圧無印加時のネマチック液晶 6を透過するこ とによって、 すべての波長にわたり円偏光となって反射層 7に到達する。
そして、 反射層 7で反射された円偏光は、 ネマチック液晶 6とねじれ位相差板 1 2と位相差板 1 3を再度透過することによって、 偏光方向が 9 0° 回転した直線偏 光に戻り、 偏光板 1 1で吸収されるため、 第 1 7図の曲線 34に示したように反射 率が極めて低くなり、 完全な黒表示が得られる。 従来の単偏光板型の液晶表示装置は、 ねじれ位相差板 1 2を設けておらず、 位相 差板を 1枚用いているだけであったため、 第 1 7図の曲線 3 6に示したように、 短 波長と長波長の光の反射率が充分低くならなかった。 そのため、 電圧無印加時に完 全な黒表示はできず紫色の黒表示となり、 コントラストが低下する。
また、 第 1の電極 3と第 2の電極 4の間に電圧を印加すると、 ネマチック液晶 6 の液晶分子が立ち上がり、 液晶素子 2 0の実質的な Δ η d値が减少する。
そのため、 視認側から偏光板 1 1を通してから入射した直線偏光は、 第 1の位相 差板とねじれ位相差板 1 2と電圧印加時のネマチック液晶 6を透過することによつ て、 楕円偏光や直線偏光に戻る。
この電圧印加時 の液晶素子 2 0の実質的な Δ η d値をねじれ位相差板 1 2の位 相差値と等しくすると、 発生する複屈折性をほぼゼロにすることができる。
したがって、 偏光板 1 1を通して入射した直線偏光は回転せず、 反射層 7によつ て反射されてそのまま視認側へ戻るので、 第 1 7図の曲線 3 5に示したように全波 長領域に亘つて高い反射率になり、 明るく良好な白表示を得ることができる。 このように、 この実施形態による反射型液晶表示装置は、 偏光板 1 1と位相差板 1 3およびねじれ位相差板 1 2と、 反射層 7を内在した液晶素子 2 0とにより、 外 光を用いる反射表示において良好な黒表示と明るい白表示が得られ、 高コントラス トの表示が得られる。
〔第 1の実施形態の変形例〕
上述した第 1の実施形態では、 液晶素子 2 0として 2 4 0 ° ツイス トの S T Nモ —ドの液晶素子を用いたが、 ツイスト角が 9 0 ° 前後の T N液晶素子を用いても、 同様な反射型液晶表示装置が得られる。
なお、 T N液晶素子を使用して大画面表示を行う場合には、 薄膜トランジスタ ( T F T ) ゃメタル ·ィンシュレ一タ · メタルの薄膜ダイォ一ド （M I M) などの アクティブ素子を内在した、 アクティブマトリクスによる反射型液晶表示装置とす ることが好ましレ、。
第 1の実施の形態では、 ねじれ位相差板 1 2として、 室温ではねじれ状態が固定 化している液晶性ポリマーフィルムを用いたが、 液晶分子の一部を鎖状のポリマー 分子に結合しただけの、 温度により複屈折性を示す Δ n d値 R cが変化する温度補 償型ねじれ位相差板を用いると、 高温や低温での明るさゃコントラストが改善し、 より良好な表示が可能になる。
さらに、 第 1の実施形態では反射層 7を第 1の電極 3とは別に形成したが、 第 1 の電極 3をアルミニウムや銀等の反射率の高い金属薄膜で形成すれば、 第 1の電極 3が反射層 7を兼ねることができる。 それによつて、 液晶表示装置の構造を単純化 することが可能である。
また、 反射層 7を第 1の基板 1の外側に配置しても、 表示に影は発生するが、 明 るい白表示と良好な黒表示により高いコン トラストが得られる点では、 同様な効果 が得られる。
さらにまた、 第 1の実施形態では、 位相差板 1 3として、 ポリカーボネート （P C ) を 1軸延伸し、 Z軸方向の屈折率 n zが延伸方向の屈折率 n Xとそれに直交す る方向の屈折率 n yに対して、 n x > n y = n zとなっている通常タイプの位相差 板を用いたが、 P Cを多軸延伸し、 n X > n z > n yとなっている、 いわゆる Zタ イブの位相差板、 あるいはポリビュルアルコール （P V A ) やポリプロピレン （P P ) 、 アク リルやポリスチレンなどの材料を延伸した位相差板を用いても、 同様な 効果が得られる。
〔第 2の実施形態：第 5図から第 7図〕
次に、 この発明による液晶表示装置の第 2の実施形態について説明する。
第 5図から第 7図は、 前述した第 1の実施形態の液晶表示装置を説明するために 用いた第 1図から第 3図に相当する図であり、 それらの各図と同じ部分には同一の 符号を付してあり、 それらについては説明を省略するか簡単にする。 この第 2の実施形態の液晶表示装置は、 第 1の実施形態の液晶表示装置に、 第 2 の位相差板 1 8と第 2の偏光板 1 7とバックライ ト 1 6を追加して、 透過表示も可 能な半透過反射型の液晶表示装置としたものである。
この液晶表示装置を構成する液晶素子 2 1は、 第 1の実施形態の液晶表示装置の 液晶素子 2 0と、 その反射層 7に代えて半透過反射層 9を設けた点だけが相違する。 その液晶素子 2 1の第 2の基板 2の外側 （視認側） に順次重ねて設けたねじれ位 相差板 1 2と第 1の位相差板 1 3と第 1の偏光板 1 1も、 第 1の実施形態と同じで ある。 但し、 第 1の実施形態における位相差板 1 3と偏光板 1 1を、 この第 2の実 施形態ではそれぞれ第 1の位相差板 1 3と第 1の偏光板 1 1と称する。
そして、 液晶素子 2 1の第 1の基板 1の外側 （視認側と反対側） に、 第 2の位相 差板 1 8と第 2の偏光板 1 7を順次配置し、 さらにその第 2の偏光板 1 7の外側に ノくックライ ト 1 6を配置している。
その第 2の位相差板 1 8と第 2の偏光板 1 7は、 アクリル系粘着剤で一体化して おり、 液晶素子 2 1ともァクリル系粘着剤で貼り付けられている。
液晶素子 2 1の第 1の基板 1の内面に形成した半透過反射層 9は、 スパッタ法に よって形成するアルミニウムの膜厚を非常に薄くすることによって、 入射光の一部 の光は透過し、 残りを反射する、 いわゆるハーフミラーにしてある。
この実施形態では、 アルムニゥムの膜厚を 0 . 0 2 mとしたことにより、 1 0 〜 2 0 %程度の光を透過し、 残りの 8 0〜 9 0 %の光を反射するようにし、 第 6図 に仮想線で示した第 1の電極 3と第 2の電極 4とがそれぞれ交差して重なる各画素 部をすベて含む表示領域全体に亘る大きさの半透過反射層 9を正方形又は長方形に 形成する。
第 2の位相差板 1 8は、 ポリカーボネート （P C ) を延伸した厚さ約 7 0 mの 透明フィルムで、 波長 0 . 5 5 μ mにおける位相差値 F 3が 0 . 1 4 μ mで、 1 / 4波長板相当となっている。 第 2の偏光板 1 7は、 偏光度が高いことが重要であり、 透過率 4 4 %で偏光度が 9 9 . 9 9 %の偏光板を使用した。
クライ ト 1 6は、 導光板に蛍光灯や L E Dを取り付けたものや、 エレク ト口 ルミネッセンス （E L ) 板などを用いることが可能であるが、 この実施形態では厚 さが約 l m mで、 発光色が白色の E L板を用いた。
次に、 これらの構成部材の平面的な配置関係を第 7図を用いて説明する。 なお、 第 5図における液晶素子 2 1の上側の、 ねじれ位相差板 1 2の下分子配向方向 1 2 a と上分子配向方向 1 2 b、 第 1の位相差板 1 3の遅相軸 1 3 a、 および第 1の偏 光板 1 1の透過軸 1 1 aの配置関係は、 第 4図に示した第 1の実施形態の場合と同 じであるので説明を省略する。
液晶素子 2 1の下側に配置した第 2の位相差板 1 8の遅相軸 1 8 aは、 第 7図に 示すように、 水平軸に対して一 6 5 。 に配置し、 第 2の偏光板 1 7の透過軸 1 Ί a は水平軸に対して一 2 0 ° に配置しており、 第 1の偏光板 1 1の透過軸 1 1 a (第 4図参照） と直交する。
第 7図に示す液晶素子 2 1の下液晶分子配向方向 6 a と上液晶分子配向方向 6 b、 およびそれによるッイス ト角も、 第 3図に示した第 1の実施形態の場合と同じであ る。
次に、 この液晶表示装置の作用効果について説明する。
反射表示については、 第 1の実施の形態の場合と同一であり、 良好なコン トラス 卜の表示が可能である。
そこで、 バックライ ト 1 6を点灯した透過表示について説明する。
クライ ト 1 6からの発光に射出された光は、 第 2の偏光板 1 7を透過してそ の透過軸 1 7 aの方向に偏光した直線偏光となる。 この直線偏光は、 第 2の位相差 板 1 8の遅相軸 1 8 aに対して 4 5 ° の角度に入射するので円偏光となる。 そして、 液晶素子 2 1内の半透過反射層 9で約 8割は反射されるが、 残りの 2割の光が透過
替换页 (细则第 26糸） 4 する (
替换页 (细则第 26条） 1 5
液晶素子 2 1に電圧を印加していない状態では、 ねじれ位相差板 1 2と液晶素子 2 1と第 1の位相差板 1 3により、 複屈折性がほぼ全波長にわたり 1 / 4波長相当 となっている。
そのため、 第 2の位相差板 1 8で発生した位相差は、 液晶素子 2 1とねじれ位相 差板 1 2と第 1の位相差板 1 3とで発生する位相差で減算されてゼロとなり、 第 2 の偏光板の透過軸 1 7 aと同一方向に偏光した直線偏光となって出射する。
そして、 第 1の偏光板 1 1の透過軸 1 1 aと第 2の偏光板 1 7の透過軸 1 7 aと が直交しているので、 バックライ ト 1 6から第 2の偏光板 1 7を通して入射した光 は第 1の偏光板 1 1を透過せず、 視認側に出射しないため黒表示となる。
第 1の電極 3と第 2の電極 4の間に電圧を印加すると、 ネマチック液晶 6の液晶 分子が立ち上がり、 液晶素子 2 1の実質的な Δ n d値が減少する。
そのため、 ノくックライ ト 1 6から第 2の偏光板 1 7を通して入射した直線偏光は、 第 2の位相差板 1 8を通過することによって円偏光となるが、 ねじれ位相差板 1 2 と液晶素子 2 1を透過することにより楕円偏光や直線偏光になる。
この電圧印加により液晶素子 2 1で発生する位相差を 1 / 4波長とすると、 第 2 の偏光板 1 7より入射した直線偏光は、 ねじれ位相差板 1 2と第 1の位相差板 1 3 を透過することによって 9 0 ° 回転するため、 第 1の偏光板 1 1を透過して視認側 に出射する。 それによつて、 良好な白表示を得ることができる。
このように、 この液晶表示装置によれば、 第 1の偏光板 1 1と第 1の位相差板 1 3とねじれ位相差板 1 2、 および半透過反射層 9を内在した液晶素子 2 1とにより、 外光を用いる反射表示においては良好な黒表示と明るい白表示が得られる。 また、 液晶素子 2 1の下側に第 2の位相差板 1 8と第 2の偏光板 1 7とバックライ ト 1 6 を備えたため、 外光が少ない環境ではバックライ ト 1 6を点灯することにより、 良 好なコントラス トの表示が得られる。 すなわち、 表示品質が良好な単偏光板による 半透過反射型液晶表示装置が得られる。 1 6
〔第 2の実施形態の変形例〕
上述の実施形態では、 半透過反射層 9を厚さ 0 . 0 2 mのアルミニウム薄膜で 形成したが、 厚さ 0 . 0 3 μ πι 0 . 0 1 μ mであれば、 一部の光が透過して残り の光を反射する フミラ一とすることが可能である。
また、 半透過反射層 9としてアルミニウム薄膜を用いたが、 アルミニウム合金や 銀の薄膜、 さらに反射率を改善するためにアルミニウムと無機酸化物の多層膜など を用いることも可能である。
上述の実施形態では、 第 2の位相差板 1 8で発生する位相差を液晶素子 2 1で発 生する位相差が減算するように配置したが、 第 2の位相差板 1 8と液晶素子 2 1で 発生する位相差を加算して 1 Z 2波長相当になるように配置し、 さらに第 2の偏光 板 1 7の透過軸 1 7 aを第 1の偏光板の透過軸 1 1 aと平行に配置するようにして よい。
〔第 3の実施形態：第 8図から第 1 0図〕
次に、 この発明による液晶表示装置の第 3の実施形態について説明する。
第 8図から第 1 0図は、 前述した第 1の実施形態の液晶表示装置を説明するた めに用いた第 1図から第 3図、 および第 2の実施形態の液晶表示装置を説明するた めに用いた第 5図から第 7図に相当する図であり、 それらの各図と同じ部分には同 一の符号を付してあり、 それらについては説明を省略するか簡単にする。
この第 3の実施形態の液晶表示装置は、 液晶素子 2 2が第 2の実施形態における 液晶素子 2 1と若干相違する。 すなわち、 液晶素子 2 2の第 1の基板 1の内面に形 成する半透過反射層 1 4は、 厚さ 0 . 1 μ mのアルミニウム膜であり、 第 9図に明 示するように、 第 1の電極 3と第 2の電極 4とが交差して重なる各画素部に対応す る位置に開口部 1 4 aが形成されている。 その各開口部 1 4 aはフォトリソ工程に よって形成する。
この半透過反射層 1 4のアルミニウムの膜厚は、 第 2の実施形態の半透過反射層 替换页 (细则第 26条） 1 7
9より厚いので、 開口部 1 4 a以外の部分は完全な反射層となっており、 開口部 1 4 aの面積で透過率と反射率を調整することが可能である。 この実施形態では、 開 口部 1 4 aの面積を画素面積の 3 0 %に設定したので、 3 0 %程度の光を透過し、 残りの 7 0 %の光を反射する。
さらに、 この液晶表示装置は、 液晶素子 2 2の第 2の基板の外側 （視認側） にま ず拡散層 1 5を設け、 その外側に順次ねじれ位相差板 1 2と第 1の位相差板 1 3と 第 1の偏光板 1 1とを重ねて配置している。
また、 液晶素子 2 2の第 1の基板の外側 （視認側と反対側） に、 順次第 2の位相 差板 1 8と第 3の位相差板 1 9と第 2の偏光板 1 7を重ねて配置し、 その第 2の偏 光板 1 7の外側にバックライ ト 1 6を設けている。
第 1の偏光板 1 1と第 1の位相差板 1 3とねじれ位相差板 1 2は、 ァクリル系粘 着剤で一体化している。 また、 第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9と第 2の 偏光板 1 7も、 アクリル系粘着剤で一体化している。 そして、 これらはいずれも液 晶素子 2 2ともァクリル系粘着剤で貼り付けられている。
拡散層 1 5は、 半透過反射層 1 4で反射した光を散乱し、 広視野角で明るい表示 を得るために設けている。 そのため、 この拡散層 1 5は、 外部から入射する光はな るべく前方に散乱透過し、 後方散乱が少ないものが高コントラストが得られるので 好ましい。 ここでは、 粘着剤に微粒子を混合した厚さ 3 0 の散乱性粘着剤を拡 散層 1 5として用い、 液晶素子 2 2とねじれ位相差板 1 2の粘着剤としても兼用し ている。
また、 この拡散層 1 5は位相差値をほとんど持たず、 偏光状態を変化させにくい 材料を用いたので、 液晶素子 2 2の第 2の基板 2から第 1の偏光板 1 1の間のいず れか、 あるいは第 1の偏光板 1 1の表面のどこに配置してもよいが、 表示ボケを減 らすために、 なるべく第 2の基板 2の近くに配置するのが好ましい。
また、 第 2の基板 2の厚さも、 なるべく薄い方が、 表示ボケが少なくなり好まし 1 8
く、 この実施形態では厚さ 0. 5 mmとした。 また、 第 2の基板を 0. 4 mmと薄 く し、 第 1の基板は 0. 5mmとすることにより、 第 2の基板を第 1の基板より薄 くすることも可能である。
第 1の偏光板 1 1、 第 2の偏光板 1 7、 ねじれ位相差板 1 2、 第 1の位相差板 1 3、 およびバックライ ト 1 6は、 第 2の実施形態で用いたものと同じである。
第 2の位相差板 1 8は、 ポリカーボネート （PC) を延伸した厚さ約 7 0 μ mの 透明フィルムで、 波長 0. 5 5 mでの位相差値 F 2が 0. である。
第 3の位相差板 1 9は、 ポリプロピレン （P P) を延伸した厚さ約 1 0 0 μ mの 透明フィルムで、 波長 0. 5 5 mでの位相差値 F 3が 0. 5 0 /ι πιである。
次に、 これらの構成部材の平面的な配置関係を第 1 0図を用いて説明する。 なお、 第 8図における液晶素子 2 2の上側の、 ねじれ位相差板 1 2の下分子配向方向 1 2 a と上分子配向方向 1 2 b、 第 1の位相差板 1 3の遅相軸 1 3 a、 および第 1の偏 光板 1 1の透過軸 1 1 aの配置関係は、 第 4図に示した第 1の実施形態の場合と同 じであるので説明を省略する。
液晶素子 2 2の下側に配置した第 2の位相差板 1 8の遅相軸 1 8 aは、 第 1 0図 に示すように水平軸に対して + 25 に配置され、 第 3の位相差板 1 9の遅相軸 1 9 aは水平軸に対して一 6 5 ° に配置している。
したがって、 第 2の位相差板 1 8の遅相軸 1 8 a と第 3の位相差板 1 9の遅相軸 1 9 a とは直交し、 第 2の位相差板 1 8の位相差値 F 2 と第 3の位相差板 1 9の位 相差値 F 3は減算され、 有効な位相差値 Δ Fは、 A F = F 3— F 2 = 0. 1 4 μ m となる。
第 1 0図に示す液晶素子 2 2の下液晶分子配向方向 6 a と上液晶分子配向方向 6 b、 およびそれによるツイス ト角も、 第 3図に示した第 1の実施形態の場合と同じ である。
ここで、 位相差板の効果について、 第 1 6図を参照して説明する。
替换页 (细则第 26糸） 1 8/ 1
第 1 6図は、 この実施形態で用いた位相差板の位相差値の波長依存性を示す特性
替换页 (细则第 26条） 1 9
図であり、 横軸は光の波長 （/ m) で、 縦軸は位相差板の位相差値 （i m) を示す。 曲線 3 1は第 2の位相差板 1 8の位相差値を示し、 曲線 32は第 3の位相差板 1 9の位相差値を示し、 曲線 33は第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9の遅相 軸 18 aと 1 9 aを直交させて重ねたときの位相差値を示す。
第 2の位相差板 18の材質は、 屈折率の波長依存性が大きいポリカーボネート (PC) であるので、 曲線 3 1に示すように短波長での位相差値は大きくなる。 一方、 第 3の位相差板 1 9の材質は屈折率の波長依存性が小さいポリプロピレン (PP) であるので、 曲線 32に示すように短波長での位相差値は長波長での位相 差値とほぼ同じでほとんど変化しない。
したがって、 第 2の位相差板 18と第 3の位相差板 1 9を、 位相差値が減算する ように遅相軸を直交させて重ねると、 曲線 33に示すように 0. 4 in付近の短波 長での位相差値を 0. 1 μ m付近の長波長での位相差値より小さくすることができ る。
それによつて、 位相差値 Fを光の波長 λで除した FZえ値を、 すべての波長にわ たってほぼ 1 / 4にすることが可能になり、 いわゆる広帯域 1 Ζ4波長板を形成す ることができる。
しかし、 通常の 1Z4波長板は、 短波長での位相差値が長波長での位相差値より 大きいので、 位相差値 Fを波長えで除した 値は、 短波長では 1Z4より大き くなり、 長波長では 1/4より小さくなる。 その結果、 波長毎に偏光状態が変化し てしまう。
つぎに、 この第 3の実施形態の液晶表示装置の作用効果について説明する。
反射表示については、 第 1, 第 2の実施の形態の場合と同じであり、 ねじれ位相 差板 12と第 1の位相差板 1 3を用いることによって、 良好なコントラス トの表示 が可能である。
そこで、 バックライ ト 16を点灯した透過表示の場合について説明する。 バック 2 0
ライ ト 1 6の発光により射出される光は、 第 2の偏光板 1 7を通してその透過軸の 方向に偏光した直線偏光となる。 この直線偏光は第 2の位相差板 1 8と第 3の位相 差板 1 9で形成した広帯域 1ダ4波長板の遅相軸に対して 4 5 ° の角度に入射する ので円偏光となる。
そして、 液晶素子 2 2に入射すると、 その半透過反射層 1 4によって約 7割は反 射されるが、 残りの約 3割の光が透過する。
液晶素子 2 2に電圧を印加していない状態では、 ねじれ位相差板 1 2と液晶素子 2 2と第 1の位相差板 1 3により、 複屈折性がほぼ全波長にわたり 1 4波長とな つている。
そのため、 第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9で発生した位相差は、 液晶 素子 2 2とねじれ位相差板 1 2と第 1の位相差板 1 3とで発生する位相差で減算さ れてゼロになり、 第 2の偏光板 1 7の透過軸 1 7 aと同一方向の直線偏光となって 出射する。
し力 し、 第 1の偏光板 1 1の透過軸 1 1 aは第 2の偏光板 1 7の透過軸 1 7 aと 直交しているので、 第 1の偏光板 1 1へ入射した直線光は透過せず、 視認側へ出射 しないので黒表示となる。 そして、 第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9を用 いたことで、 第 2の実施形態よりも、 良好な黒表示が得られる。
第 1の電極 3と第 2の電極 4の間に電圧を印加すると、 ネマチック液晶 6の液晶 分子が立ち上がり、 液晶素子 2 2の実質的な Δ n d値が減少する。 そのため、 バッ クライ ト 1 6から第 2の偏光板 1 7を通して入射する直線偏光は、 第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9を通過することにより円偏光となるが、 ねじれ位相差板 1 2と液晶素子 2 2を透過することによって、 楕円偏光や直線偏光になる。
この電圧印加により、 液晶素子 2 2で発生する位相差を 1 Z 4波長にすると、 第 2の偏光板 1 7を通して入射した直線偏光は、 ねじれ位相差板 1 2と第 1の位相差 板 1 3を透過することにより 9 0 ° 回転するため、 第 1の偏光板 1 1を透過して視 2 1
認側へ出射する。 そのため、 良好な白表示を得ることができる。
このように、 第 1の偏光板 1 1、 第 1の位相差板 1 3、 およびねじれ位相差板 1 2と、 半透過反射層 1 4を内在した液晶素子 2 2とにより、 外光を用いる反射表示 においては良好な黒表示と明るい白表示が得られる。 また、 液晶素子 2 2の下側に 第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9と第 2の偏光板 1 7とバックライ ト 1 6 とを備えたことによって、 外光が少ない環境でもバックライ ト 1 6を点灯すること により、 良好なコントラス トの表示が得られる。 すなわち、 表示品質の良好な単偏 光板による半透過反射型液晶表示装置が得られる。
さらにまた、 画素毎に開口部 1 4 aを設けた半透過反射層 1 4を用いたことによ つて、 開口部 1 4 aを大きくすると透過表示重視の液晶表示装置に、 開口部 1 4 a を小さくすると反射表示重視の液晶表示装置にすることが可能である。
〔第 3の実施形態の変形例〕
また、 上述の実施形態では、 第 2の位相差板 1 8にポリカーボネートを、 第 2の 位相差板 1 9にポリプロピレンを用いたが、 屈折率の波長依存性が異なっていれば、 ある程度の効果が得られる。 第 1の位相差板 1 8にポリアリレートを、 第 2の位相 差板 1 9にポリビニルアルコールを用いた場合ても、 良好なコントラストが得られ た。
さらに、 上述の実施形態では、 第 2の位相差板 1 8の位相差値 F 2を 0 . 3 6 m、 第 3の位相差板 1 9の位相差値 F 3を 0 . 5 μ mにした力 A F = F 3 - F 2 = 0 . 1 4；： mになる関係を保てば、 位相差値 F 2と位相差値 F 3はこれと異なつ ていても同様な効果を得ることができる。
〔第 4の実施形態：第 8図， 第 9図， および第 1 1図）
次に、 この発明による液晶表示装置の第 4の実施について説明する。
この第 4の実施形態の液晶表示装置は、 前述した第 3の実施形態の液晶表示装置 と、 その第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9の種類と配置角度が異なってい 2 2
るだけである。
そのため、 液晶表示装置の基本的な構成は、 第 8図および第 9図に示した第 3の 実施形態と同じであるから、 その説明は省略する。
第 2の位相差板 1 8は、 ポリカーボネートを延伸した厚さ約 7 0 の透明フィ ルムで、 波長 0 . 5 5 μ mでの位相差値 F 2が 0 . 1 4 μ mで、 1 4波長相当で ある。
第 3の位相差板 1 9も、 ポリカーボネ一トを延伸した厚さ約 7 0 / mの透明フィ ルムで、 波長 0 . 5 5 μ mでの位相差値 F 3が 0 . 2 8 mで、 1 / 2波長相当に この第 4の実施形態の液晶表示装置における各構成部材の配置関係を、 第 1 1図 を用いて説明する。
液晶素子 2 2から上側のねじれ位相差板 1 2の下分子配向方向 1 2 aと上分子配 向方向 1 2 b、 第 1の位相差板 1 3の遅相軸 1 3 a、 および第 1の偏光板 1 1の透 過軸 1 1 aの配置関係は、 第 4図に示した第 1の実施形態の場合と同じであるので 省略する。
液晶素子 2 2下側に配置した第 2の位相差板 1 8の遅相軸 1 8 aは、 第 1 1図に 示すように水平軸に対して + 8 5 ° に配置し、 第 3の位相差板 1 9の遅相軸 1 9 a は水平軸に対して一 3 5 ° に配置する。 したがって、 第 2の位相差板 1 8の遅相軸 1 8 aと第 3の位相差板 1 9の遅相軸 1 9 aとは 6 0 ° に交差する。
また、 第 2の偏光板 1 7の透過軸 1 7 aは水平軸に対して一 2 0 ° に配置する。 したがって、 第 2の偏光板 1 7の透過軸 1 7 aと第 1の偏光板の透過軸 1 1 a (第 4図参照） とは直交する。
第 1 1図に示す液晶素子 2 2の下液晶分子配向方向 6 aと上液晶分子配向方向 6 b、 およびそれによるツイス ト角も、 第 3図に示した第 1の実施形態の場合と同じ である。
替换页 (细则第 26条） 2 2/ 1
次に、 この実施形態の液晶表示装置の作用効果について説明する。
替换页 (细则第 26糸） 2 3
反射表示については、 第 3の実施形態と同じであり、 ねじれ位相差板 1 2と第 1 の位相差板 1 3を用いることによって、 良好なコントラス卜の表示が可能である。 そこで、 バックライ ト 1 6を点灯した透過表示について説明する。 第 3の実施形 態では、 屈折率の波長依存性が異なる位相差板を 2枚用いたが、 屈折率の波長依存 性が同一の材料を用いても、 すべての可視光領域で円偏光に変換できる広帯域 1 Z 4波長板を得ることができる。
この第 4の実施形態では、 位相差値 F 2が 1Z4波長相当の 0. 1 4 μ πιである 第 2の位相差板 1 8と、 位相差値 F 3が 1/2波長相当の 0. 28 μ ΐηである第 3 の位相差板 1 9を、 第 1 1図に示したように、 その遅相軸 1 8 aと 1 9 aの交差角 が 6 0° となるように重ねることによって、 波長 0. 5 5 / mでの 2枚合計の位相 差値は 0. 1 4 mとなる。 そして、 波長 0. 4 m付近の短波長では 0. 1 4 mより小さく、 波長 0. 7 m付近の長波長では 0. 1 4 mより大きくなる。 また、 2枚合計の実質的な遅相軸は第 2の位相差板 1 8の遅相軸 1 8 aと第 3の 位相差板 1 9の遅相軸 1 9 aの中間となり、 水平軸に対して一 6 5° の方向となる。 つまり、 屈折率の波長依存性が同じ材料の位相差板でも、 2枚の位相差板を用い ることによって、 短波長の位相差値が長波長の位相差値より小さい、 いわゆる広帯 域 1/4波長板を形成することが可能になる。
すなわち、 位相差値 Fを波長 λで除した F/λ値をすベての可視光領域に亘りほ ぼ 1ノ 4にすることが可能になり、 その結果、 可視光領域すベての波長で円偏光が 得られる。
バックライ ト 1 6の発光により射出された光は、 第 2の偏光板 1 7を通してその 透過軸 1 7 aの方向に偏光した直線偏光となる。 この直線偏光は第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9の 2枚を合成した実質的な遅相軸に対して 4 5° の角度に 入射するので円偏光となる。
そして、 液晶素子 2 2に入射すると、 半透過反射層 1 4によって約 7割は反射さ 2 4
れるが、 残りの約 3割の光が透過する。
液晶素子 2 2に電圧を印加していない状態では、 ねじれ位相差板 1 2と液晶素子 2 2と第 1の位相差板 1 3により、 複屈折性がほぼ全波長にわたり 1 4波長とな つている。
そのため、 第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9で発生した位相差は、 液晶 素子 2 2とねじれ位相差板 1 2と第 1の位相差板 1 3とで発生する位相差で減算さ れてゼロとなり、 第 2の偏光板 1 7の透過軸 1 7 aと同じ方向に偏光した直線偏光 となって出射する。
しかし、 第 2の偏光板 1 7の透過軸 1 7 aは第 1の偏光板 1 1の透過軸 1 1 aと 直交しているので、 第 2の偏光板 1 7への入射光は透過せず、 視認側へ出射しない ので黒表示となる。 そして、 第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9を用いたこ とによって、 第 2の実施形態よりも良好な黒表示が得られる。
第 1の電極 3と第 2の電極 4の間に電圧を印加すると、 ネマチック液晶 6の液晶 分子が立ち上がり、 液晶素子 2 2の実質的な Δ η d値が減少する。
そのため、 ノくックライ ト 1 6から第 2の偏光板 1 7を通してから入射した直線偏 光は、 第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9を通過することにより円偏光とな るが、 ねじれ位相差板 1 2と液晶素子 2 2を透過することによって楕円偏光や直線 偏光になる。
この電圧印加により、 液晶素子 2 2で発生する位相差値を 1 / 4波長相当とする と、 第 2の偏光板 1 7を通して入射した直線偏光は、 ねじれ位相差板 1 2と第 1の 位相差板 1 3を透過することによって 9 0 ° 回転するため、 第 1の偏光板 1 1を透 過し、 視認側へ出射する良好な白表示を得ることができる。
このように、 第 1の偏光板 1 1、 第 1の位相差板 1 3、 およひねじれ位相差板 1 2と、 半透過反射層 1 4を内在した液晶素子 2 2とにより、 外光を用いる反射表示 においては良好な黒表示と明るい白表示が得られる。 また、 液晶素子 2 2の下側に 2 5
第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9と第 2の偏光板 1 7とバックライ ト 1 6 を備えたことにより、 外光が少ない環境でもバックライ ト 1 6を点灯することによ り、 良好なコン トラス トの表示が得られる。 すなわち、 表示品質が良好な単偏光板 による半透過反射型液晶表示装置が得られる。
〔第 4の実施の形態変形例〕
上述の実施形態では、 第 2の位相差板 1 8の遅相軸 1 8 aを水平軸に対して + 8 5 3 に、 第 3の位相差板 1 9の遅相軸 1 9 aを水平軸に対して— 3 5 に配置した 、 第 2の位相差板 1 8の遅相軸 1 8 aを一 3 5 ° に、 第 3の位相差板 1 9の遲相 軸 1 9 aを + 8 5。 に配置しても、 両遅相軸 1 8 a と 1 9 aの交差角が 6 0 ° であ れば同様な効果が得られる。
〔第 5の実施形態 ： 第 1 2図および第 1 3図〕
次に、 この発明による液晶表示装置の第 5の実施形態について説明する。
この第 5の実施の形態の液晶表示装置の構成は、 液晶素子に内在する半透過反射 層の形状が異なることと、 カラ一フィルタを備えたことによってカラ一表示が可能 になっている点が、 前述した第 4の実施形態の構成と異なっている。
第 1 2図及び第 1 3図は、 この第 5の実施形態の液晶表示装置の構成を説明する ための模式的な断面図とそのカラーフィルタ等の平面図であり、 第 4の実施形態の 第 8図および第 9図に対応し、 それらと同じ部分には同一の符号を付してある。 し たがって、 第 8図および第 9図と同じ部分については説明を省略する。
この液晶表示装置の液晶素子 2 3は、 第 1の基板 1の内面に、 第 4図及び第 5図 に示した第 2の実施形態における液晶素子 2 1 と同様に、 半透過反射層 9として膜 厚が 0 . 0 2 μ mのアルミニウム膜からなるハーフミラーを形成している。
さらに、 その半透過反射層 9上に、 赤フィルタ R、 緑フィルタ G、 および青フィ ノレタ Bの 3色からなる厚さ Ι μ πιのカラ一フィルタ 1 0を形成し、 ァクリル系材料 からなる厚さ 2 μ mの保護膜 8で被覆している。 替换页 (细则第 26糸） 2 6
その他の構成は、 第 4の実施形態の液晶表示装置と同様である。
この実施形態では、 半透過反射層 9 と してのアルムニゥム膜の膜厚を、 第 2の実 施形態と同じ 0 . と したことにより、 入射光の 1 0〜2 0 %程度の光を透 過し、 残りの 8 0〜9 0 %程度の光を反射するようにしている。
この半透過反射層 9とカラーフィルタ 1 0を、 第 1 3図に示すように、 第 1の電 極 3と第 2の電極 4とが交差して重なる各画素部を含む表示領域全体をカバ一する 大きさの正方形または長方形に形成している。
カラーフィルタ 1 0を構成する各色のフィルタ R , G , Bは、 縦ス トライプ状の 各第 2の電極上に重なる平行なス トライプ状に、 R， G , Bの順番で配置されてい る。
各色のフィルタ R , G , Bの幅は、 第 2の電極 4の幅より広く形成し、 隙間が生 じないようにしている。 カラ一フィルタ 1 0の間にすきまが生じると、 入射光が増 加して明るくはなるが、 表示色に白光が混色して色純度が低下するので好ましくな い。
ノくックライ ト 1 6は、 第 1〜第 4の実施形態と同じ白色エレク トロルミネセンス ( E L ) 発光素子を用いることも可能ではあるが、 この実施形態では、 彩度と明る さを向上するために、 導光板に 3波長型蛍光管を取り付けたサイ ドライ ト方式のも のを用いた。
カラ一フィルタ 1 0は、 明るさを改善するために、 分光スペク トルにおける最大 透過率がなるべく高いことが好ましく、 各色のフィルタ R， G , Bの最大透過率は 8 0 %以上が好ましく、 9 0 %以上が特に好ましい。 また、 分光スペク トルにおけ る最小透過率も 2 0 %〜5 0 %と高くする必要がある。
このカラ一フィルタ 1 0としては、 顔料分散型、 染色型、 印刷型、 転写型、 電着 型など種々のものを使えるが、 ァクリル系や P V A系の感光性樹脂に顔料を分散さ せた顔料分散型のカラ一フィルタが耐熱温度が高く色純度も良いので、 最も好まし 2 7
レ、。
このような高透過率のカラーフィルタを得るために、 第 1の基板 1にアルミニゥ ム薄膜の半透過反射層 9を形成し、 半透過反射層 9の表面を陽極酸化処理で不活性 化させた後、 感光性樹脂に顔料を 1 0〜 1 5 %配合したカラ一レジス トを、 スピン ナを用いて第 1の基板 1上に塗布し、 露光工程と現像工程を行って、 厚さが Ι μ ιη 程度でも透過率が高いカラーフィルタ 1 0を形成することができる。
その他の構成は、 第 4の実施形態の液晶表示装置と同様である。 各構成部材の平 面的な配置関係も、 第 1 0図に示した第 4の実施形態の場合と同じである。
次に、 この第 5の実施形態の液晶表示装置の作用効果について説明する。
カラーフィルタ 1 0は全く複屈折性を持たないので、 反射表示については第 4の 実施形態と同じであり、 ねじれ位相差板 1 2と第 1の位相差板 1 3を用いることに よって、 良好なコントラス トの表示が可能である。
そして、 表示画素部のオンとオフを組み合わせることによって、 カラ一表示が可 能になる。 例えば、 赤フィルタ Rのある画素をオン （白） にし、 緑フィルタ Gと青 フィルタ Βのある画素をオフ （黒） にすることにより赤表示が可能になる。 また、 赤フィルタ Rと緑フィルタ Gのある画素をオン （白） にし、 青フィルタ Βのある画 素をオフ （黒） にすることにより黄色表示が可能になる。
この実施形態の半透過反射型液晶表示装置は、 反射率が高く且つコントラス ト比 が 1 0以上と高い値が得られ、 バックライ ト 1 6が非点灯の反射表示でも、 彩度が 高く明るいカラー表示が得られる。
次に、 バックライ ト 1 6を点灯した透過表示について説明する。 半透過反射層 9 とカラーフィルタ 1 0は複屈折性を持たないので、 透過表示も第 4の実施形態と同 じである。 したがって、 バックライ ト 1 6から射出した光は第 2の偏光板 1 7を通 してその透過軸 1 7 aの方向に偏光した直線偏光となり、 第 3の位相差板 1 9と第 2の位相差板 1 8を透過することにより円偏光となる。 2 8
そして、 液晶素子 2 3に入射した円偏光は、 半透過反射層 9で約 8割は反射され るが、 残りの約 2割の光が透過する。
液晶素子 2 3に電圧を印加していない状態では、 ねじれ位相差板 1 2と液晶素子 2 3と第 1の位相差板 1 3により、 複屈折性がほぼ全波長にわたり 1 / 4波長相当 となっているので、 第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9で発生した位相差は、 液晶素子 2 3とねじれ位相差板 1 2と第 1の位相差板 1 3とで発生する位相差で減 算されてゼロとなり、 第 2の偏光板の透過軸 1 7 a と同一方向の直線偏光となって 出射する。
しカゝし、 第 1の偏光板 1 1の透過軸 1 1 aは第 2の偏光板 1 7の透過軸 1 7 a と 直交しているので、 第 1の偏光板 1 1への入射光は透過せず、 視認側に出射しない ので黒表示となる。 そして、 第 1の電極 3と第 2の電極 4の間に電圧を印加すると、 第 4の実施形態と同様な作用によって白表示となる。
この透過表示の場合も、 反射表示の場合と同様に表示画素部のオンとオフを組み 合わせることによって、 カラ一表示が可能になる。
このように、 第 1の偏光板 1 1、 第 1の位相差板 1 3、 ねじれ位相差板 1 2、 お よび拡散層 1 5と、 半透過反射層 9とカラーフィルタ 1 0を内在した液晶素子 2 3 とにより、 外光を用いる反射表示においては良好なコントラス 卜のカラー表示が可 能である。 また、 液晶素子 2 3の下側に第 2の位相差板 1 8と第 3の位相差板 1 9 と第 2の偏光板 1 7 とバックライ ト 1 6を備えたことにより、 外光が少ない澴境で もバックライ ト 1 6を点灯することによって、 良好なカラー表示が得られる。
すなわち、 表示品質が良好な単偏光板による半透過型カラ一液晶表示装置を得る ことができる。
〔第 5の実施形態の変形例〕
上述の実施形態では、 カラ一フィルタ 1 0を第 1の基板 1側に設けたが、 第 2の 基板 2の內側で、 第 2の電極 4と第 2の基板 2の間にカラーフィルタ 1 0を形成す
替换页 (细则苐 26条） 2 9
ることも可能である。
しかし、 カラ一フィルタ 1 0を第 1の基板側に設けた方が、 保護膜 8をカラ一フ ィルタ 1 0の平坦化と、 半透過反射膜 9と第 1の電極 3との絶縁層とに兼ねること ができるので好ましい。
また、 上述の実施形態では、 カラ一フィルタ 1 0と して、 赤， 緑， 青の 3色のフ ィルタを用いたが、 シアン， イエロ一， マゼンタの 3色のフィルタを用いても、 同 様に明るいカラ一表示が可能である。
さらに、 上述の実施形態では、 カラ一フィルタ製造工程の洗浄ラインに耐えるよ うに、 半透過反射層 8として、 アルミニウム薄膜の表面を陽極酸化処理で不活性化 させたが、 アルミニウム薄膜上に酸化シリ コン （ S i O 2 ) 等の透明な酸化膜をス パッタリング法や化学的気相成長 （C V D ) 法で形成してもよい。
〔第 6の実施形態： 第 1 4図および第 1 5図〕
次に、 この発明による液晶表示装置の第 6の実施形態について説明する。
第 1 4図および第 1 5図は、 その液晶装置の構成を示す模式的な断面図とその力 ラーフィルタ等の平面図であり、 第 5の実施形態の第 1 2図および第 1 3図に相当 し、 それらと同じ部分には同一の符号を付してあり、 それらの説明は省略する。 この第 6の実施の形態の液晶表示装置の構成は、 第 1 2図及び第 1 3図によって 説明した第 5の実施形態における、 液晶素子 2 3に内在する半透過反射層 9に代え て、 第 1図および第 2図に示した第 1の実施形態の反射層 7と同様に、 液晶素子 2 4の第 1の基板 1の内面に膜厚 0 . 1 μ mのアルミニゥム膜による反射層 7を形成 している。 そして、 この液晶素子 2 4の下側 （視認側と反対側） には何も設けない 点が、 第 5の実施形態の構成と異なっている。
液晶素子 2 4内に設けたカラーフィルタ 1 0の構成も、 第 5の実施形態のカラ一 フィルタ 1 0と同じである。 ただ、 第 1の基板 1上の半透過反射層 9に代えて反射 層 7上にカラーフィルタ 1 0を形成している。 替换页 (细则第 26条） 3 0
この液晶表示装置によれば、 外光による反射表示として、 第 5の実施形態の液晶 表示装置と同様かそれ以上に明るく コントラス トの高いカラー表示が得られる。 し かし、 ノくックライ トの点灯による透過表示は行えない。
この実施形態の液晶表示装置も、 第 1の実施形態の変形例および第 5の実施形態 の変形例と同様な変形が可能である。 産業上の利用可能性
以上説明してきたように、 この発明による単偏光板型の液晶表示装置によれば、 外光による明るくコン トラス 卜の高い反射表示が得られ、 半透過反射型液晶表示装 置によれば、 上記と同様な反射表示と、 バックライ トの点灯により、 コントラス ト の高い透過表示も可能になる。 これらの液晶表示装置を、 いずれもカラ一表示可能 にすることもできる。
したがって、 この液晶表示装置は、 携帯電話機や携帯情報端末 （P D A ) 、 携帯 型パーソナルコンピュータ、 ゲーム機、 時計、 ビデオカメラ、 その他各種の電子機 器の表示装置として広範に利用できる。

Claims

3 1 請 求 の 範 囲
1 . 反射層と第 1の電極を有する第 1の基板と第 2の電極を有する第 2の基板との 間に、 ツイス ト配向しているネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、
該液晶素子の前記第 2の基板の外側に設けたねじれ位相差板と、
該ねじれ位相差板の外側に設けた位相差板と、
該位相差板の外側に設けた偏光板と
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2 . 半透過反射層と第 1の電極を有する第 1の基板と第 2の電極を有する第 2の基 板との間に、 ッイスト配向しているネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、 該液晶素子の前記第 2の基板の外側に設けたねじれ位相差板と、
該ねじれ位相差板の外側に設けた第 1の位相差板と、
該第 1の位相差板の外側に設けた第 1の偏光板と、
前記液晶素子の前記第 1の基板の外側に設けた第 2の位相差板と、
該第 2の位相差板の外側に設けた第 2の偏光板と、
該第 2の偏光板の外側に設けたバックライ トと
を備え、 前記第 2の位相差板の位相差値が概ね 1 / 4波長であることを特徴とする 液晶表示装置。
3 . 半透過反射層と第 1の電極を有する第 1の基板と第 2の電極を有する第 2の基 板との間に、 ッイスト配向しているネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、 該液晶素子の前記第 2の基板の外側に設けたねじれ位相差板と、
該ねじれ位相差板の外側に設けた第 1の位相差板と、
該第 1の位相差板の外側に設けた第 1の偏光板と、
前記液晶素子の前記第 1の基板の外側に設けた第 2の位相差板と、 3 2
該第 2の位相差板の外側に設けた第 3の位相差板と、
該第 3の位相差板の外側に設けた第 2の偏光板と、
該第 2の偏光板の外側に設けたバックライ 卜と
を備え、
前記第 2の位相差板の遅相軸と前記第 3の位相差板の遅相軸とが概ね直交してお り、
前記第 2の位相差板の位相差値の波長依存性と前記第 3の位相差板の位相差値の 波長依存性とが異なり、
該第 2の位相差板の位相差値と該第 3の位相差板の位相差値との差が概ね 1 Z 4 波長であることを特徴とする液晶表示装置。
4 . 半透過反射層と第 1の電極を有する第 1の基板と第 2の電極を有する第 2の基 板との間に、 ッイスト配向しているネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、 該液晶素子の前記第 2の基板の外側に設けたねじれ位相差板と、
該ねじれ位相差板の外側に設けた第 1の位相差板と、
該第 1の位相差板の外側に設けた第 1の偏光板と、
前記液晶素子の前記第 1の基板の外側に設けた第 2の位相差板と、
該第 2の位相差板の外側に設けた第 3の位相差板と、
該第 3の位相差板の外側に設けた第 2の偏光板と、
該第 2の偏光板の外側に設けたバックライ トと
を備え、
前記第 2の位相差板の遅相軸と前記第 3の位相差板の遅相軸とが概ね 6 0 ' に交 差しており、
前記第 2の位相差板の位相差値が ΛϋΕね 1 / 4波長で、 前記第 3の位相差板の位相 差値が概ね 1 / 2波長であることを特徴とする液晶表示装置。 33
5. 前記ねじれ位相差板のツイス ト方向は前記液晶素子のッイスト方向と逆方向で あり、 該ねじれ位相差板のツイス ト角は前記液晶素子のツイス ト角より 1 0。 〜3 0° 小さく、 該ねじれ位相差板の複屈折量を示す Δ n d値は前記液晶素子の Δ n d 値より 0. 2〜0. 3 μ m小さい請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか一項に記 載の液晶表示装置。
6. 前記液晶素子の前記第 1の基板と第 2の基板のどちらか 1方の基板に複数色の カラ一フィルタを設けた請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか一項に記載の液晶 表示装置。
7. 前記液晶素子の前記第 2の基板の外側に拡散層を設けた請求の範囲第 1項乃至 第 4項のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
8. 前記半透過反射層が、 厚さ 0. 03 11！〜 0. 0 1 mの金属薄膜である請求 の範囲第 2項乃至第 4項のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
9. 前記半透過反射層が、 画素毎に開口部を設けた金属薄膜である請求の範囲第 2 項乃至第 4項のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
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