JP2000122060A

JP2000122060A - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000122060A
Application number: JP11108645A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 孝佐藤; Kozo Nakamura; 浩三中村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度表示が可能な１枚偏光板方式によ
り、無彩色の白表示が可能でコントラスト比が高く、見
易い視認性に優れた表示が得られ、低電圧駆動が可能で
カラー表示も可能な反射型液晶表示装置を提供する。【解決手段】正の誘電異方性を有するＴＮ液晶セル２
０の光入射側に、２枚の光学位相差補償板８、９と１枚
の偏光板１０とを配置する。液晶層１のリタデーション
を１７０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下とし、光学位相差補償
板８の基板法線方向のリタデーションを８０ｎｍ以上１
５０ｎｍ以下とし、光学位相差補償板９のリタデーショ
ンを２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下とする。偏光板１０
の透過軸又は吸収軸と光学位相差補償板８の遅相軸との
なす角度αと、偏光板の透過軸又は吸収軸と光学位相差
補償板９の遅相軸とのなす角度βとを３５゜≦｜２×β
−α｜≦５５゜とする。液晶層のツイスト角は４０度以
上９０゜未満とする。光学位相差補償板８の遅相軸と液
晶層１の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向とのなす
角度γと液晶層１のツイスト角Δとは、−Δ／２≦γ≦
Δ／２とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばワードプロ
セッサやパーソナルコンピュータ等のオフィスオートメ
ーション（ＯＡ）機器や、各種映像機器及びゲーム機器
等に使用される、バックライトを必要としない直視式の
反射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、カラーディスプレイとしては、薄
型、軽量等の特徴を有する液晶表示装置が実用化されて
いる。この液晶表示装置の中でも、特に広く用いられて
いるものは、背景に光源（バックライト）を設けた透過
型液晶表示装置であり、上述のような特徴により各種分
野に用途が拡大している。

【０００３】この透過型液晶表示装置と比較すると、反
射型液晶表示装置はその表示のためにバックライトを必
要としないので、光源用の電力が削減可能であり、バッ
クライトのスペースが不要で軽量化を図ることができ
る。従って、反射型液晶表示装置によれば、消費電力の
低減が可能であり、軽量化及び薄型化を必要とする機器
に適している。例えば、透過型液晶表示装置と反射型液
晶表示装置とで機器の動作時間が同一にするように作製
すれば、反射型液晶表示装置ではバックライトのスペー
スと重量を節約できる上に電力消費量が小さいので、小
型のバッテリーを用いることが可能となり、一層の小型
化及び軽量化が可能となる。或いは、機器の大きさ又は
重量が同一になるように作製すれば、反射型液晶表示装
置では大型のバッテリーを用いることができるので、動
作時間の飛躍的な拡大を期待することができる。

【０００４】さらに、表示のコントラスト特性の面にお
いて、発光型表示装置であるＣＲＴ等では、日中の屋外
で大幅なコントラスト比の低下が見られる。また、低反
射処理の施された透過型液晶表示装置でも、表示光に比
べて直射日光等の周囲光が非常に強い場合には同様に大
幅なコントラスト比の低下が避けられない。これに対し
て、反射型液晶表示装置では、周囲光量に比例した表示
光が得られ、実施形態情報端末機器やデジタルカメラ、
携帯ビデオカメラ等の屋外での用途に特に好適に使用で
きる。

【０００５】このように非常に有望な応用分野を有しな
がら、充分なコントラスト比や反射率、多色カラー化、
高精細表示や動画への対応等の性能が不十分であるた
め、現在まで充分に実用性を有する反射型カラー液晶表
示装置は得られていない。

【０００６】従来のツイスティッドネマティック（Ｔ
Ｎ）型液晶表示装置は、偏光板を２枚用いる構成である
ため、コントラスト比やその視角依存性等の特性には優
れているが、反射率が必然的に低くなる。また、液晶変
調層と光反射層が基板等の厚みだけ離れるため、照射光
の入射時と反射時の光路のずれに伴って視差が生じてし
まう。このため、通常の透過型液晶表示装置で用いられ
る１層の液晶変調層と各画素毎に色要素を設けたカラー
フィルタを組み合わせる構成では、光の進行方向が基板
法線方向から傾斜している場合に、周囲光が入射時に通
過する色要素とその光が反射後に通過する色要素が異な
ることになる。この場合、モアレ等の不具合が生じるた
め、高解像度、高精細のカラー表示装置には適していな
い。以上の理由により、この表示モードを用いた反射型
のカラー液晶表示装置は実用化にいたっていない。

【０００７】このような背景のもと、高解像度、高コン
トラスト表示が期待できる１枚の偏光板を用いた方式
（位相差か、１枚偏光板方式と称する）の液晶表示素子
が開発されている。

【０００８】その一例として、特開昭５５−４８７３３
号公報には、偏光板１枚と１／４波長板とを用いた反射
型ＴＮ（４５゜ツイスト）方式の液晶表示装置が開示さ
れている。この液晶表示装置においては、一方の基板側
と他方の基板側とで配向方向を４５゜ツイストさせた液
晶層を用い、液晶層に印加される電界を制御することに
よって、入射直線偏光の偏波面が１／４波長板の光軸に
平行な状態と４５゜ねじれた状態との２つの状態を実現
して白黒表示を行っている。この液晶表示装置の構成
は、光入射側から偏光板、４５゜ツイスト液晶セル、１
／４波長板および反射板が順に配置されている。

【０００９】さらに、ＵＳＰ４，７０１，０２８（Ｃｌ
ｅｒｃら）には、偏光板１枚と１／４波長板と垂直配向
液晶セルとを組み合わせた反射型垂直配向方式の液晶表
示装置が開示されている。

【００１０】特開平６−１６７７０８号公報には、偏光
板１枚と平行配向液晶セルと光学位相差補償板とを組み
合わせた反射型液晶表示装置について開示されている。
この反射型液晶表示装置は、ホモジニアス（平行）配列
させた液晶層を用いた液晶セルと、液晶セル内部の液晶
層下部に配置した反射板と、液晶セルの上部に配置した
偏光板と、液晶セルと偏光板との間に配置した１枚の光
学位相差補償板とから構成されている。そして、この表
示モードでは、光が、入射光光路と出射光路と合わせ
て、偏光板を２回と、液晶セルのガラス基板（上基板）
上に設けられた吸収が避けられない透明電極を２回しか
通過しない。従って、この反射型液晶表示装置の構成に
よれば、高い反射率を得ることができる。

【００１１】特開平２−２３６５２３２号公報には、ツ
イストしたネマティック液晶層を液晶セル内面に配置し
た反射板と１枚の偏光板との間に配置した構成が開示さ
れている。

【００１２】ＦｏｕｒｔｈＡｓｉａｎＳｙｍｐｏｓ
ｉｕｍｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＤｉｓｐｌａ
ｙ（Ｃｈｕｎｇ−ＫｕａｎｇＷｅｉｅｔａｌ．，
ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＦｏｕｒｔｈ
ＡｓｉａｎＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＩｎｆｏｒ
ｍａｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，１９９８，ｐ２５、以
下、ＡＳＩＤ９７と称する）には、９０゜ツイストした
ネマティック液晶層を液晶セル内面に配置した反射板と
広帯域を実現した１／４波長板及び偏光板との間に配置
した構成が開示されている。

【００１３】さらに、特開平４−１１６５１５号公報に
は、円偏光を入射させて表示に使用する液晶表示装置が
開示されている。

【００１４】上記特開平６−１６７７０８号公報、特開
平２−２３６５２３２号公報、ＡＳＩＤ９７及び特開平
４−１１６５１５号公報に示されるような１枚偏光板方
式の液晶表示装置の表示原理について以下に説明する。

【００１５】光入射側に配置された偏光板は、入射光と
出射光との偏光の直線成分のうち、１方向のもののみを
通過させる。そして、１／４波長板等の光学位相差補償
板によって偏光状態が変化して（特開平６−１６７７０
８号公報及びＡＳＩＤ９７の場合）、あるいはそのまま
（特開平２−２３６５２３２号公報の場合）液晶層に入
射され、液晶層を通過すると、さらに偏光状態が変化し
て反射板へ到達する。反射板に到達した光は、入射時と
逆の順序で偏光状態が変化しながら、液晶層及び１／４
波長板等を通過する。これにより、最終的に偏光板の透
過方位の偏光成分の割合が液晶層全体の反射率を決定す
ることになる。即ち、出射時の偏光板通過直前の偏光状
態が、偏光板の透過方位の直線偏光である場合に最も明
るくなり、偏光板の吸収方位の直線偏光である場合に最
も暗くなる。これらの偏光状態を液晶表示装置に垂直に
入射及び出射する光に対して実現させるための必要十分
条件は、明状態に対しては反射板に到達したときに偏光
状態が任意の方位の直線偏光となっていることであり、
暗状態に対しては反射板に到達したときに偏光状態が右
または左の円偏光となっていることである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術のうち、特開昭５５−４８７３３号公報に開示
された液晶表示装置では、液晶層と反射板との間に１／
４波長板を設ける必要があり、原理上、液晶セルの内側
に反射板を形成することが困難で、高解像度及び高精細
の表示に適さない。

【００１７】また、ＵＳＰ４，７０１，０２８に記載さ
れている垂直配向方式の液晶表示装置では、以下のよう
な問題がある。まず、垂直配向、特に傾斜垂直配向は制
御が極めて困難であり、このような制御を実現するため
には構成が複雑になるので量産に適していない。また、
垂直配向方式の液晶表示装置は応答速度が遅いという欠
点もある。

【００１８】また、特開平６−１６７７０８号公報に開
示されている反射型平行方式の液晶表示装置では、液晶
セルと光学位相差補償板との波長分散のために着色が生
じる。このように従来の構成では暗状態に色付きが生じ
易く、白黒表示が実現できないという問題点が生じてい
た。

【００１９】また、特開平２−２３６５２３２号公報や
特開平４−１１６５１５号公報に開示されている液晶表
示装置では、偏光板を２枚用いる構成に比べて明状態の
透過率の波長依存性が大きく、良好な黒表示が実現され
ていない。

【００２０】さらに、ＡＳＩＤ９７に記載の液晶表示装
置では、白黒表示が可能であるが、広帯域の１／４波長
板の構成自体が開示されておらず、それがどのようなも
のであるか不明である。

【００２１】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、高解像度表示が可能な１
枚偏光板方式により、無彩色の白表示が可能でコントラ
スト比が高く、見易い視認性に優れた表示が得られ、低
電圧駆動が可能でカラー表示も可能な反射型液晶表示装
置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、視差を生
じない構成が可能で高解像度表示が可能な１枚偏光板方
式の反射型液晶表示装置において、明状態の高反射率化
と無彩色化、低消費電力化及び高コントラストの実現に
必要な、光反射膜到達時の異なる偏光状態を電気的に切
り替え可能なものを検討した。その結果、液晶層に電圧
を印加した状態で暗状態が得られるように偏光板と光学
位相差補償板とを用いて構成することにより良好な暗状
態を実現可能な反射型液晶表示装置の構成を見い出し
た。

【００２３】本発明の反射型液晶表示装置は、光反射性
の第１の基板と透光性の第２の基板との間に、正の誘電
異方性を有するネマティック液晶をツイスト配向させた
液晶層が挟持された液晶セルを備え、該液晶セルの該第
２の基板側に、第１の光学位相差補償板、第２の光学位
相差補償板及び偏光板が配置されている反射型液晶表示
装置において、該液晶の複屈折と該液晶層の厚さとの積
が１７０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下であり、かつ、該第１
の光学位相差補償板の基板法線方向のリタデーションが
８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、そのことにより上
記目的が達成される。

【００２４】前記液晶層のツイスト角が４０゜以上９０
゜未満であるのが好ましい。

【００２５】前記第２の光学位相差補償板の基板法線方
向のリタデーションが２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下で
あるのが好ましい。

【００２６】前記偏光板の透過軸又は吸収軸と前記第１
の光学位相差補償板の遅相軸とのなす角度αと、該偏光
板の透過軸又は吸収軸と前記第２の光学位相差補償板の
遅相軸とのなす角度βとが３５゜≦｜２×β−α｜≦５
５゜の範囲であるのが好ましい。

【００２７】前記第１の光学位相差補償板の遅相軸と前
記液晶層の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向とのな
す角度γと該液晶層のツイスト角Δとが−Δ／２≦γ≦
Δ／２の範囲であるのが好ましい。

【００２８】前記液晶層の厚み方向中央部の液晶分子の
配向方向と、観察方位と表示面の法線とを含む平面の方
位とのなす角度が−３０゜以上３０゜以下であるか、又
は１５０゜より大で２１０゜未満であるのが好ましい。

【００２９】前記第１の光学位相差補償板及び前記第２
の光学位相差補償板のうちの少なくとも一方が２軸性の
光学位相差補償板であってもよい。

【００３０】前記第１の基板は光反射膜を備えており、
該光反射膜の反射面は滑らかで連続的に変化する凹凸形
状を有していてもよい。

【００３１】前記光反射膜が導電性材料からなっていて
もよい。

【００３２】Ｄ６５光源及び２度視野の条件において、
分光透過率によるＸＹＺ表色系色度座標（ｘ，ｙ）が、
０．２８≦ｘ≦０．３１０，０．２９≦ｙ≦０．３３の
各式を満たすホワイトバランスを有するカラーフィルタ
を備えることが好ましい。

【００３３】以下、本発明の作用について説明する。

【００３４】本発明にあっては、正の誘電異方性を有す
るＴＮ液晶セルの光入射側に、２枚の光学位相差補償板
と１枚の偏光板とを配置し、液晶の複屈折と液晶層の厚
さとの積（液晶層のリタデーション）を１７０ｎｍ以上
２９０ｎｍ以下とし、かつ、第１の光学位相差補償板の
基板法線方向のリタデーションを８０ｎｍ以上１５０ｎ
ｍ以下とすることにより、後述する実施形態において表
２に示すように、反射率が３６％以上の明るさで、ｘｙ
色度座標で定義した色付きがなく、コントラスト比が１
２以上であるという優れた表示品位を達成することがで
きる。

【００３５】上記偏光板の透過軸又は吸収軸と上記第１
の光学位相差補償板の遅相軸とのなす角度αと、上記偏
光板の透過軸又は吸収軸と上記第２の光学位相差補償板
の遅相軸とのなす角度βとを３５゜≦｜２×β−α｜≦
５５゜の範囲とすると、光学位相差補償板を通過した後
の入射光を概ね円偏光とすることができる。

【００３６】ここで、液晶層のツイスト角を９０゜未満
とすると、後述する実施形態で説明するように、暗状態
での電圧印加時の液晶分子の残留リタデーション成分と
光学位相差補償板のリタデーションによって入射光が円
偏光として光反射膜に到達し、暗状態を得ることができ
る。また、液晶層のツイスト角を４０゜以上９０゜以下
とすることにより、明状態において概ね円偏光として入
射される光を任意の方位の直線偏光として可視波長域で
充分な明度を確保することができ、かつ、無彩色な白表
示が可能となる。

【００３７】上記第１の光学位相差補償板は、後述する
実施形態に示すように、主たる可視波長である４００ｎ
ｍ〜７００ｎｍの光に対して１／４波長だけの位相差を
与えることができる位相差を有することが望ましく、従
って基板法線方向のリタデーションを８０ｎｍ以上１５
０ｎｍ以下とするのが望ましい。また、第２の光学位相
差補償板は、主たる可視波長である４００ｎｍ〜７００
ｎｍの光に対して１／２波長だけの位相差を与えること
ができる位相差を有することが望ましく、従って基板法
線方向のリタデーションを２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以
下とするのが望ましい。これらの範囲に設定すると、後
述する実施形態で説明するように、暗状態を可視波長領
域全域で達成することができ、黒表示を実現することが
できる。

【００３８】また、上記第１の光学位相差補償板の遅相
軸と上記液晶層の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向
とのなす角度γと上記液晶層のツイスト角Δとは、−Δ
／２≦γ≦Δ／２の範囲にするのが好ましい。この範囲
から外れる場合には、後述する実施形態１において表３
に示すように、コントラスト比が低くなって明状態の色
付きが生じ、実用レベルに達しない。

【００３９】以上のように設定しても、観察する方位に
よっては色付きやコントラストの状態が異なる。そこ
で、液晶層の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向と、
観察方位と表示面の法線とを含む平面の方位とのなす角
度が−３０゜以上３０゜以下であるか、又は１５０゜よ
り大で２１０゜未満であるのが好ましい。この範囲で
は、後述する実施形態２で表４に示すように、明状態の
色度が良好で品位の高い表示が得られる。

【００４０】上記第１の光学位相差補償板及び上記第２
の光学位相差補償板のうちの少なくとも一方を２軸性の
光学位相差補償板とすると、傾斜方位から観察した場合
についても良好な光学特性を得ることができる。

【００４１】上記第１の基板には、その反射面が滑らか
で連続的に変化する凹凸形状を有する光反射膜を設ける
ことにより、反射光の偏光性を保存しながら有効な反射
特性を実現することができる。

【００４２】導電性材料を用いてこの光反射膜を形成す
ることにより、第２の基板上の電極と共に液晶層に電圧
印加するための電極として用いることができる。

【００４３】表示エリアに対する光反射膜の占める面積
比率を８０％以上にすることで、視認性の観点から良好
と判断される、完全拡散板を１００％とする反射率が２
３％以上の明るさを達成することができる。ここで、面
積比率は、図１２に示す表示エリアに対する光反射膜領
域の比で表される。尚、この面積比率の上限は、例え
ば、下記の表１に示すように、パネルサイズや画素数に
よって開口率等が異なるため、パネルの仕様によって異
なることになる。

【００４４】

【表１】

【００４５】Ｄ６５光源及び２度視野の条件において、
分光透過率によるＸＹＺ表色系色度座標（ｘ，ｙ）が、
０．２８≦ｘ≦０．３１０，０．２９≦ｙ≦０．３３の
各式を満たすホワイトバランスを有するカラーフィルタ
を設置することにより、さらに白表示の表示品位が改善
される。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００４７】図１は本発明の一実施形態である反射型液
晶表示装置の概略構成を示す要部断面図である。

【００４８】この反射型液晶表示装置は、配向処理され
た配向膜３が形成された基板５と、配向処理された配向
膜２が形成された基板４とが対向配置され、両基板の間
に、正の誘電異方性を有するネマティック液晶を各基板
側で配向方向が異なるようにツイストさせた液晶層１が
挟持された液晶セルを備えている。

【００４９】下側の基板５の上には光反射膜７が設けら
れている。この光反射膜７の反射面は反射光の偏光性を
保存する程度に滑らかな凹凸形状とするのが好ましく、
さらに、反射面で方向によって異なる凹凸周期を有して
いるのが好ましい。

【００５０】この光反射膜７の表示エリアに対する面積
比率は８０％以上であることが好ましい。この光反射膜
７は、導電性を有する材料により形成した場合には反射
電極としても用いられ、上側の基板４の上に設けられた
透明電極６と光反射膜７とにより液晶層１に電圧が印加
される。このように構成された電極対への電圧印加手段
として、アクティブ素子を形成してもよいが、電圧印加
方法は特に限定しない。なお、光反射膜が導電性を有し
ない材料からなる場合には、基板５側に別途電極を設け
れば良い。

【００５１】このように基板４、５及び液晶層１から構
成される液晶セル２０の基板４側に、第１の光学位相差
補償板８、第２の光学位相差補償板９及び偏光板１０が
配置されている。

【００５２】以下、この第１の光学位相差補償板８、第
２の光学位相差補償板９及び偏光板１０の各光学素子の
光学特性とその機能について説明する。

【００５３】上記反射型液晶表示装置は、照明光等の外
光を偏光板１０を通して液晶層１に入射し、その光を光
反射膜７により反射させて偏光板１０側から観察するも
のである。照射された外光は偏光板１０によって特定方
位の直線偏光成分のみが選択的に透過し、その入射直線
偏光は２枚の光学位相差補償板８、９によって偏光状態
が変化する。

【００５４】ここで、偏光板１０の透過軸又は吸収軸と
第１の光学位相差補償板８の遅相軸とのなす角度αと、
偏光板１０の透過軸又は吸収軸と第２の光学位相差補償
板９の遅相軸とのなす角度βとを３５゜≦｜２×β−α
｜≦５５゜の範囲とし、第１の光学位相差補償板８の遅
相軸と液晶層１の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向
とのなす角度γと液晶層１０のツイスト角Δとを−Δ／
２≦γ≦Δ／２の範囲とし、第１の光学位相差補償板８
の基板法線方向のリタデーションを８０ｎｍ以上１５０
ｎｍ以下、第２の光学位相差補償板９の基板法線方向の
リタデーションを２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下とする
と、光学位相差補償板を通過した後の入射光が概ね円偏
光になる。

【００５５】このとき、左右いずれの円偏光が得られる
かは上記３つの光学素子の配置に依存する。

【００５６】このことについて、図２に示すように配置
した場合を例として、より詳細に説明する。但し、この
図２は、反射型液晶表示装置を入射光の方位から観察し
たものである。

【００５７】図２において、１１は偏光板１０の透過軸
の方位、１３は第１の光学位相差補償板８の遅相軸の方
位、１２は第２の光学位相差補償板９の遅相軸の方位、
αは偏光板１０の透過軸１１と第１の光学位相差補償板
８の遅相軸１３とのなす角度、βは偏光板１０の透過軸
１１と第２の光学位相差補償板９の遅相軸とのなす角
度、γは第１の光学位相差補償板８の遅相軸１３と液晶
層１の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向１６とのな
す角度である。

【００５８】ここで、３５゜≦｜２×β−α｜≦５５゜
・・・式（１）の範囲とすると、液晶表示装置に入射し
た光は偏光板１０、第２の光学位相差補償板９及び第１
の光学位相差補償板８を通過して概ね円偏光に近い偏光
が得られる。例えばα＝７５゜、β＝１５゜とすると、
概ね右回りの円偏光に近い偏光が液晶層１に入射され
る。

【００５９】そして、液晶層１に入射した光は、印加電
圧に対応して液晶分子が配向している液晶層１の複屈折
に従って、偏光状態が変化して光反射膜７に到達する。
このとき、光反射膜７上での偏光状態は、液晶分子の配
向によって異なる状態となる。

【００６０】まず、暗状態について説明する。

【００６１】反射型液晶表示装置では低電圧駆動が望ま
しく、暗状態での電圧印加時において、液晶分子の残留
リタデーションの遅相軸はツイスト角９０゜未満のとき
に液晶層１の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向１６
となる。よって、この液晶分子の残留リタデーション成
分と光学位相差補償板８、９のリタデーションによって
入射光が円偏光として光反射膜７に到達し、暗状態を得
ることができる。そして、この暗状態を可視波長領域全
域で達成することができれば、黒表示が実現できる。

【００６２】これに近い偏光状態を実質的に可視波長領
域で得るためには、次のような条件が必要であることを
本発明者らは見い出した。

【００６３】即ち、第１の光学位相差補償板８は、主た
る可視波長である４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対して
１／４波長だけの位相差を与えることができる位相差を
有することが望ましい。従って波長５５０ｎｍの光に対
するリタデーションとして、基板法線方向のリタデーシ
ョンを８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とする。８０ｎｍよ
り小さいと明状態の色付きが顕著となって明るさが減
り、１５０ｎｍより大きくなると色付きが生じてコント
ラストも低くなる。

【００６４】一方、第２の光学位相差補償板９は、主た
る可視波長である４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対して
１／２波長だけの位相差を与えることができる位相差を
有することが望ましい。従って波長５５０ｎｍの光に対
するリタデーションとして、基板法線方向のリタデーシ
ョンを２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下とするのが望まし
い。２００ｎｍより小さいか、或いは３６０ｎｍより大
きくなると、明状態及び暗状態に色付きが生じ、コント
ラストも低下する。

【００６５】なお、α、βの値は、上記式（１）を満た
す範囲で変更可能であることは言うまでもないが、その
具体的な値は用いる光学位相差補償板８、９の複屈折の
波長分散の組み合わせによって適宜選択するのが望まし
い。

【００６６】次に、明状態について説明する。

【００６７】上記式（１）のように設定された光学位相
差補償板８、９によって概ね円偏光になっている入射光
が光反射膜７に到達したときに直線偏光となっているよ
うにすることで明状態が実現される。このとき、直線偏
光の光電界の振動方位は光反射膜７の平面内で任意であ
る。つまり、可視波長の光が波長によって異なる方位の
直線偏光になっていても、全て同じ方位の直線偏光にな
っていても、同様に明るい明状態が得られる。従って、
上記暗状態を実現するために概ね円偏光にした液晶層１
への入射光を可視波長範囲で任意の方位の直線偏光にす
るように液晶層１を光学的に作用させる必要がある。

【００６８】液晶層１の電気的駆動を考慮すると、上述
のように暗状態が電圧印加状態で実現されるので、明状
態は電圧が印加されていないか、又は電圧によって液晶
分子の配向状態が変化しているものの暗状態とは大きく
異なる配向の状態で実現する必要がある。

【００６９】本発明者らは、明状態の作用を実用上充分
な範囲、つまり、可視波長域で充分な明度を確保するこ
とができ、かつ、無彩色な白表示が可能となる範囲を見
い出した。即ち、液晶層のツイスト角を４０゜以上９０
゜以下とすることである。また、その液晶の複屈折Δｎ
と液晶層１の厚さｄとの積であるリタデーションΔｎｄ
は１７０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下にするのが好ましい。
この範囲外では、充分な明るさを得ることができないか
らである。

【００７０】ここで、本発明者らは、液晶層１のリタデ
ーションと第１の光学位相差補償板８のリタデーション
とを変化させて、光学的特性がどのように変化するかを
調べた。このときの観察は、光源を複数箇所に設置した
周囲光により行った。その結果、ｘｙ色度座標は図３に
示すようになり、反射率は図４に示すようになり、コン
トラスト比は図５に示すようになった。なお、この図３
において、Ｄ６５は紫外域を含む昼光で照らされている
物体色の測定用光源で、ＣＩＥ、ＩＳＯの基準光であ
り、図１６に示すような波長成分を有し、色温度は６５
０４Ｋである。

【００７１】これらの測定結果をまとめたものを下記の
表２に示す。

【００７２】

【表２】

【００７３】この表２からわかるように、液晶層１のリ
タデーションを１７０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下とし、か
つ、第１の光学位相差補償板８の基板法線方向のリタデ
ーションを８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とすることによ
り、反射率が３６％以上の明るさで、ｘｙ色度座標で定
義した色付きがなく、コントラスト比が１２以上である
という優れた表示品位を達成することができる。

【００７４】さらに、反射型液晶表示装置は、低消費電
力化を図るため低電圧で駆動することが望ましい。図１
３に、第１の光学位相差補償板８のリターデーションを
変化させた場合における電気光学特性の変化を示してお
り、リターデーションが小さくなるほど明状態や閾値付
近の暗状態の反射率が低くなっていることがわかる。図
１４に、コントラスト比１２となる駆動電圧の第１の光
学位相差補償板８のリタデーション依存性を示してお
り、リターデーションが小さくなるほど印加電圧が小さ
くなっていることがわかる。これらの結果から、第１の
光学位相差補償板８のリタデーションは低いことが好ま
しい。

【００７５】なお、上記第１の光学位相差補償板８の遅
相軸と上記液晶層１の厚み方向中央部の液晶分子の配向
方向とのなす角度γと上記液晶層１のツイスト角Δと
は、−Δ／２≦γ≦Δ／２の範囲にするのが好ましい。
この範囲から外れる場合には、コントラスト比が低くな
って明状態の色付きが生じるからである。

【００７６】さらに、上記液晶層の厚み方向中央部の液
晶分子の配向方向と、観察方位と表示面の法線とを含む
平面の方位とのなす角度は−３０゜以上３０゜以下であ
るか、又は１５０゜より大で２１０゜未満であるのが好
ましい。

【００７７】このように、本発明の反射型液晶表示装置
は、コントラスト比や反射率が高い。また、液晶変調層
と光反射層の距離が近接しているので照射光の入射時と
反射時で光路のずれに伴う視差が生じない。よって、各
画素毎に異なる色要素を設けたカラーフィルタと組み合
わせることにより反射型のカラー表示が可能となる。

【００７８】以下、本発明のより具体的な実施の形態を
示すが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではな
い。

【００７９】（実施形態１）この実施形態１では、上述
した図１の反射型液晶表示装置において、基板５上の光
反射膜７としてはアルミニウムを用いて光反射性電極と
し、表示エリアに対する光反射膜７の面積比率を８０％
とした。また、液晶セル２０は液晶注入後に液晶層１の
厚さが４．０μｍになるように調整し、液晶材料として
は通常のＴＦＴを設けた透過型液晶表示装置に使用され
る液晶と同様の誘電異方性、弾性、粘性、ネマティック
温度範囲、電圧保持特性等の液晶物性を有し、液晶の複
屈折Δｎを０．０６に調整したものを用いた。これによ
り液晶層１の厚さと液晶の複屈折との積であるリタデー
ションが２４０ｎｍとなる。

【００８０】第１の光学位相差補償板８と第２の光学位
相差補償板９は共にポリカーボネート製の延伸フィルム
からなり、第１の光学位相差補償板８は波長５５０ｎｍ
の基板法線方向の透過光に対して１０５ｎｍ〜１１５ｎ
ｍに制御された位相差を有し、第２の光学位相差補償板
９は波長５５０ｎｍの基板法線方向の透過光に対して２
６５ｎｍ〜２７５ｎｍに制御された位相差を有するもの
を用いた。

【００８１】また、偏光板１０としては、誘電体多層膜
によるＡＲ層（ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：無反
射）を有する単体内部透過率が４５の偏光板を用いた。

【００８２】偏光板１０、第１の光学位相差補償板８及
び第２の光学位相差補償板９の配置は、図６に示すよう
に設定した。但し、この図６は、反射型液晶表示装置を
入射光の方位から観察したものである。

【００８３】図６において、１１は偏光板１０の透過軸
の方位、１３は第１の光学位相差補償板８の遅相軸の方
位、１２は第２の光学位相差補償板９の遅相軸の方位、
１４は基板４上に形成された配向膜２に接触する、即ち
配向膜２（基板４）近傍の液晶分子の配向方向、１５は
基板５上に形成された配向膜３に接触する、即ち配向膜
３（基板５）近傍の液晶分子の配向方向、１６は液晶層
１の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向である。

【００８４】これらの配置は、第１の光学位相差補償板
８の遅相軸１３と液晶層１の厚み方向中央部の液晶分子
の配向方向１６とのなす角度γを５゜、偏光１０の透過
軸１１と第１の光学位相差補償板８の遅相軸１３とのな
す角度αを７５゜、偏光板１０の透過軸１１と第２の光
学位相差補償板９の遅相軸とのなす角度βを１５とし
た。

【００８５】さらに、配向膜２近傍の液晶分子の配向方
向１４と配向膜３近傍の液晶分子の配向方向１５とのな
す角、即ち液晶層１のツイスト角は上述のように７０゜
とし、偏光板１０の透過軸または吸収軸方向と基板近傍
の液晶分子の配向方向とのなす角度は４５゜とした。

【００８６】以上のような構成の反射型液晶表示装置と
従来の反射型液晶表示装置とについて、反射率の電圧依
存性を示すグラフを図７に、明状態の色度を図８に示
す。なお、従来の反射型液晶表示装置は、液晶層のリタ
デーションを３００ｎｍ、第１の光学位相差補償板のリ
タデーションを１４０ｎｍ、第１の光学位相差補償板の
遅相軸と液晶層の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向
とのなす角度γを９０゜とした以外は本実施形態と同様
の構成とした。これらの図において、●印は本実施形態
の反射型液晶表示装置を示し、■印は従来の反射型液晶
表示装置を示し、×印はＤ６５を示す。この反射率の測
定は、図９に示すように、反射型液晶表示装置に電圧を
印加して駆動した状態で、照明光源装置からの光をハー
フミラーを介して基板４側から入射させ、基板５上の光
反射膜７からの反射光を光検出器にて測定したものであ
る。また、図７において、反射率１００％は、光学位相
差補償板及び偏光板を用いずに液晶が注入された状態で
の反射率を示す。さらに、反射率としては、視感輝度率
（Ｙ値）を用いた。

【００８７】この図７から、１Ｖ程度以下の低い駆動電
圧で高い反射率が得られ、３．５Ｖ以下で良好な暗状態
が得られることがわかる。また、図８から、無彩色な明
状態が得られることがわかる。

【００８８】上記液晶層１の中央の液晶分子の配向方向
と第１の光学位相差補償板８の遅相軸とのなす角γを変
化させた場合のコントラスト及び明状態の色度を下記の
表３に示す。

【００８９】

【表３】

【００９０】この表３からわかるように、γが−３０゜
以上３０゜以下のとき、即ち、液晶層のツイスト角Δに
対して−Δ／２≦γ≦Δ／２の範囲に設定することによ
り、表示品位の高い反射型液晶表示装置を実現すること
ができる。

【００９１】上記光反射膜７の表示エリアに対する面積
比率を変えたときのパネルの反射率を図１１に示す。図
１１に示す反射率１００％は完全拡散板の明るさであ
る。図１では表示良好な範囲（表２の中で選定された範
囲）で最も暗い液晶層１のリタデーション２００ｎｍ、
第１の光学位相差補償板のリタデーション９０ｎｍ（タ
イプＩ）最も明るい液晶層１リタデーション２６０ｎ
ｍ、第１の光学位相差補償板のリタデーション１４０ｎ
ｍ（タイプII）の２例を示す。この図１１から最も暗い
場合においても、面積比率８０％以上で視認性の観点か
ら良好と判断される反射率２３％以上になることがわか
る。なお、上記光学位相差補償板８、９の配置は、反射
型液晶表示装置の正面方位から観察した場合の光学特性
を良好にする配置であるが、液晶層１と共に傾斜方位か
ら観察した場合の光学特性を考慮して設計変更すること
も可能である。例えば、図３に示した本実施形態の設定
角条件を成立させながら傾斜方位への通過光に対する光
学位相差補償板８、９の位相差を変化させることは、光
学位相差補償板８、９のうちの少なくとも１枚を２軸性
の光学位相差補償板にすることで可能となる。また、上
記式（１）の範囲内で角度設定を変更可能であることは
言うまでもない。

【００９２】（実施形態２）本実施形態２では、実施形
態１と同様の反射型液晶表示装置において、図１０に示
す液晶層１の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向１６
と、観察方位１８と表示面の法線１９とを含む平面の方
位１７とのなす角度εを変化させてコントラスト及び明
状態の色度を調べた。その結果を下記の表４に示す。

【００９３】

【表４】

【００９４】この表４からわかるように、εを−３０゜
以上３０゜以下、又は１５０゜より大で２１０゜未満に
設定することにより表示品位の高い反射型液晶表示装置
を実現することができる。

【００９５】（実施形態３）実施形態３は、上述した図
１に示す実施形態１又は実施形態２の反射型液晶表示装
置にカラーフィルタ層を追加した反射型液晶表示装置に
おいて、カラーフィルタの色度を規定することで、白表
示の表示品位の向上を図るものである。

【００９６】この実施形態３について、以下に詳しく説
明する。

【００９７】白表示の表示品位は、反射率と色度（色温
度）の両方により左右されると考えられるので、これら
の関係について検討するために、様々な反射率と色度
（色温度）をもつ反射型液晶表示装置を実際に作製し、
白表示の表示品位の主観評価を行った。その結果を下記
の表５に示す。

【００９８】

【表５】

【００９９】通常、偏光子を利用した反射型液晶表示装
置では、光の波長と透過率の関係は図１５に示すように
なっており、白表示を行う時、偏光子そのものが持って
いる黄又は緑方向に色づきが発生し色温度が低下する。
ここで、「単体」とは、偏光板１枚の場合を、「平行」
とは、２枚の偏光板を各々の透過軸が平行になるように
設置する場合を、「直交」とは、２枚の偏光板を各々の
透過軸が垂直になるように設置する場合をいう。このよ
うに、黄又は緑方向に色づいている色温度の低い白表示
は、表示品位を著しく低下させる。このような状況下
で、ホワイトバランスの設定が不適切であるカラーフィ
ルタを用いた場合の例を示す。

【０１００】透過型液晶表示装置に使用されているカラ
ーフィルタのホワイトバランス色度は、一般的には、ｘ
＝０．３０２，ｙ＝０．３４２であり、表５のＡ１〜Ａ
３に示すように、反射板の反射特性を変化させるなどの
手段で反射率を変化させて反射型液晶表示装置に適用し
ても、色味や明るさ等の表示品位が低く良好な白表示を
実現することはできない。つまり、白が黄又は緑方向に
色づいている場合には、たとえ物理的測定による反射率
が高くても、それを観察する者は必ずしも明るいとは感
じない。逆に白表示の色温度が高く青方向に色づいてい
る場合には、物理的測定による反射率が低くても観察者
は明るく感じる。

【０１０１】そこで、上記実施形態１又は実施形態２と
同様の反射型液晶表示装置において、図１に示す基板４
上に赤、緑、青からなるマイクロカラーフィルタ層を形
成させた反射型カラー液晶表示装置を作製した。この基
板４に形成されているカラーフィルタの分光透過率の測
定は、マイクロカラーアナライザ（大塚電子社製）を使
用し、測定条件はＤ６５光源で２°視野の透過率で測定
した。なお、透過率は、７０５９ガラス（コーニング社
製）の光の透過率を１００％として求めたものである。

【０１０２】ここで、２°視野とは、図１７（ａ）に示
すように、人間の目が１°〜４°の視野角度でものを認
識するときの感覚のことである。図１７（ｂ）に示すよ
うに、４°より大きい視野角度でものを認識するときの
感覚は１０°視野と呼ばれる。これらの感覚は、何れも
人間の色感覚を標準化すべく設けられたものである。

【０１０３】ここでは、白表示時の表示品位を改善させ
るため、特にホワイトバランスに注力し、具体的には、
ホワイトバランスの色度座標は、ｘ＝０．３０１，ｙ＝
０．３２２を満たすものを用いた。この時の透過率は６
７％であり、赤、緑、青の各カラーフィルタの色度は、
それぞれ（ｘ，ｙ）＝（０．３９２，０．３０１）、
（ｘ，ｙ）＝（０．３０８，０．３８４）、（ｘ，ｙ）
＝（０．１９９，０．２６４）で、いずれも色再現性が
良好であった。

【０１０４】図８に示すように、●印で示す上記実施形
態１及び実施形態２による反射型液晶表示装置では、■
印で示す従来の反射型液晶表示装置に対し、矢印Ｓで表
されるように、偏光子がもつ黄又は緑方向にシフトした
白表示の色度をホワイト点に近づけることが可能とな
り、白表示の表示品位を向上させることができる。

【０１０５】◆印で示す上記実施形態３による反射型カ
ラー液晶表示装置では、●印で示す上記実施形態１及び
実施形態２に対し、矢印Ｔで表されるように、カラーフ
ィルタを設置することにより更に白表示の色温度を上げ
ることができ、白表示の表示品位をより一層向上させる
ことができる。

【０１０６】具体的には、カラーフィルタのホワイトバ
ランスを青方向にシフトさせることにより、白表示が青
方向にシフトし、色温度の高い白表示が実現できる。こ
の効果は、上記実施形態１及び実施形態２による反射型
液晶表示装置に適用した場合、表５のＢ１〜Ｂ３に示す
ように、カラーフィルタのホワイトバランスの色度ｘを
０．３１０以下、ｙを０．３３０以下に設定することに
より現れる。更には、表５のＣ１〜Ｃ３に示すように、
色度ｘを０．３０１以下、ｙを０．３２２以下に設定す
ることにより、さらに良好な白表示を実現することがで
きる。

【０１０７】次に、ｘ、ｙ色度のそれぞれの下限値につ
いて説明する。色度ｘを小さくするには赤を淡くし青を
濃くする必要があり、色度ｙを小さくするには緑を濃く
する必要がある。しかしながら、実用上の色バランスを
考慮すれば、それぞれの色を極端に濃くしたり淡くした
りすることはできない。更には、ホワイトバランスをホ
ワイト点からずらすことは、透過率の低下を伴うため、
ホワイトバランスをホワイト点から極端にずらすことは
得策ではない。従って、現実的には色度ｘ≧０．２８，
ｙ≧０．２９とするのが好ましい。

【０１０８】以上から、この実施形態３による反射型液
晶表示装置では、Ｄ６５光源及び２度視野の条件におい
て、分光透過率によるＸＹＺ表色系色度座標（ｘ，ｙ）
が、０．２８≦ｘ≦０．３１０，０．２９≦ｙ≦０．３
３の各式を満たすホワイトバランスを有するカラーフィ
ルタを備える構成にして、白表示の表示品位の向上を図
っている。

【０１０９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、明状態において無彩色で明るく、かつ、高コント
ラストな表示が得られると共に、低電圧駆動が可能で低
消費電力化を図ることができる１枚偏光板方式の反射型
液晶表示装置を実現することができる。従って、従来で
は実用化が困難であった反射型のカラー表示が可能とな
り、非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である反射型液晶表示装置
の概略構造を示す要部断面図である。

【図２】本発明の一実施形態である反射型液晶表示装置
における、偏光板と２枚の光学位相差補償板との配置を
示す図である。

【図３】各液晶層１のリタデーションについて、ｘｙ色
度座標の第１の光学位相差補償板８のリタデーションと
に対する依存性を示す図である。

【図４】各液晶層１のリタデーションについて、反射率
の第１の光学位相差補償板８のリタデーションとに対す
る依存性を示す図である。

【図５】各液晶層１のリタデーションについて、コント
ラスト比の第１の光学位相差補償板８のリタデーション
とに対する依存性を示す図である。

【図６】実施形態１の反射型液晶表示装置における、偏
光板と２枚の光学位相差補償板との配置を示す図であ
る。

【図７】実施形態１の反射型液晶表示装置について、反
射率の印加電圧に対する依存性を示す図である。

【図８】本発明の反射型液晶表示装置について、明状態
の色度を示す図である。

【図９】実施形態１の反射型液晶表示装置について、反
射率の測定方法を説明するための図である。

【図１０】実施形態２の反射型液晶表示装置における、
液晶層の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向と観察方
位を含む平面との配置を示す図である。

【図１１】実施形態１の反射型液晶表示装置における光
反射膜の面積比率に対するパネルの反射率を示す図であ
る。

【図１２】反射型液晶表示装置における表示エリアに対
する光反射膜領域の比で表される面積比率を説明するた
めの図である。

【図１３】本発明の反射型液晶表示装置において、第１
の位相差板のリターデーションを変化させた場合の電気
光学特性の変化を示す図である。

【図１４】本発明の反射型液晶表示装置において、コン
トラスト比１２となる駆動電圧の第１の光学位相差補償
板のリタデーション依存性を示す図である。

【図１５】偏光子を利用した反射型液晶表示装置におけ
る光の波長と透過率の関係を示す図である。

【図１６】Ｄ６５光源の波長成分を示す図である。

【図１７】２°視野と１０°視野を説明する図であっ
て、（ａ）に２°視野を、（ｂ）に１０°視野を示す。

【符号の説明】

１液晶層２、３配向膜４、５基板６透明電極７光反射膜８第１の光学位相差補償板９第２の光学位相差補償板１０偏光板２０液晶セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光反射性の第１の基板と透光性の第２の
基板との間に、正の誘電異方性を有するネマティック液
晶をツイスト配向させた液晶層が挟持された液晶セルを
備え、該液晶セルの該第２の基板側に、第１の光学位相
差補償板、第２の光学位相差補償板及び偏光板が配置さ
れている反射型液晶表示装置において、該液晶の複屈折と該液晶層の厚さとの積である液晶層の
リタデーションが１７０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下であ
り、かつ、該第１の光学位相差補償板の基板法線方向の
リタデーションが８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である反
射型液晶表示装置。
【請求項２】前記液晶層のツイスト角が４０゜以上９
０゜未満である請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項３】前記第２の光学位相差補償板の基板法線
方向のリタデーションが２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下
である請求項１または請求項２に記載の反射型液晶表示
装置。
【請求項４】前記偏光板の透過軸又は吸収軸と前記第
１の光学位相差補償板の遅相軸とのなす角度αと、該偏
光板の透過軸又は吸収軸と前記第２の光学位相差補償板
の遅相軸とのなす角度βとが３５゜≦｜２×β−α｜≦
５５゜の範囲である請求項１乃至請求項３のいずれかに
記載の反射型液晶表示装置。
【請求項５】前記第１の光学位相差補償板の遅相軸と
前記液晶層の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向との
なす角度γと該液晶層のツイスト角Δとが−Δ／２≦γ
≦Δ／２の範囲である請求項１乃至請求項４のいずれか
に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項６】前記液晶層の厚み方向中央部の液晶分子
の配向方向と、観察方位と表示面の法線とを含む平面の
方位とのなす角度が−３０゜以上３０゜以下であるか、
又は１５０゜より大で２１０゜未満である請求項１乃至
請求項５のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項７】前記第１の光学位相差補償板及び前記第
２の光学位相差補償板のうちの少なくとも一方が２軸性
の光学位相差補償板である請求項１乃至請求項６のいず
れかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項８】前記第１の基板は光反射膜を備えてお
り、該光反射膜の反射面は滑らかで連続的に変化する凹
凸形状を有する請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の反射型液晶表示装置。
【請求項９】前記光反射膜が導電性材料からなる請求
項８に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項１０】Ｄ６５光源及び２度視野の条件におい
て、分光透過率によるＸＹＺ表色系色度座標（ｘ，ｙ）
が、０．２８≦ｘ≦０．３１０，０．２９≦ｙ≦０．３
３の各式を満たすホワイトバランスを有するカラーフィ
ルタを備える請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の
反射型液晶表示装置。