JP5207704B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本技術は、反射モードと透過モードの両方で画像の表示が可能な半透過型の液晶表示装置に関する。より詳しくは、通常の透過型液晶表示装置とほぼ同程度の透過率を維持しながら反射モードでの表示が可能な半透過型液晶表示装置に関する。

従来から、領域分割方式の半透過型液晶表示装置が知られている。この領域分割方式は、１つの画素面積を反射部と透過部とに領域分割して反射モードでの表示と透過モードでの表示の両方を可能にしている。画素の反射部には通常アルミニウム、銀、銀合金などの光反射層を配置する一方、透過部には透明画素電極を配している。

半透過型の液晶表示装置は、上述した領域分割方式の他に、光の反射特性、透過特性あるいは吸収特性に波長依存性の有る光学層を利用した方式も知られており、例えば以下の特許文献１に記載されている。
通常透過モードの表示は光源としてバックライトを利用している。透過モードの表示明度を高めるため、バックライトの光源光の利用効率を高める構成が提案されており、以下の特許文献２に記載がある。
特開２００１‐３３７３２０公報 特開平０８‐３２０４８０号公報

特許文献１に記載された半透過型の液晶表示装置は、複数の波長にそれぞれ強度ピークを持つ光を出射するバックライトと、選択反射層とを備えており、可視光の波長範囲を複数の小帯域に分けたとき、複数の波長を含む帯域の円偏光成分に対する反射率が、複数の波長を含まない帯域の円偏光成分に対する反射率よりも小さく設定している。

特許文献２に記載された透過型の液晶表示装置では、光吸収タイプの第１カラーフィルターに加えて、このフィルタに対して表示面側とは反対側に、光反射タイプの第２カラーフィルターが設けてある。この第２カラーフィルターは、第１カラーフィルターの透過光と補色の関係にある色の光を反射する。したがって第１フィルタを透過できない光は、このフィルタに入射する前に、反射タイプの第２フィルタにより第１フィルタとは反対側に反射される。この第２フィルタを透過できるのは、第１フィルタを透過できる光であるので、第２フィルタにより第１フィルタとは反対側に反射された光は、最終的にはその反射した光を利用可能な第１カラーフィルター及び第２カラーフィルターの部分に入射する。

しかしながら、従来の領域分割方式の半透過型液晶表示装置は、一般に透過モードではバックライトからの光源光を利用する一方、反射モードでは外光の反射を利用して表示を行っている。バックライトの光量に比べ外光量は少ないため、透過部の面積に比べ反射部の面積が大きくなっている。バックライトから放射した光源光は反射部で大部分が遮断され、透過部を通過する光量は少ない。したがって従来の領域分割方式の半透過型液晶表示装置は、通常の純透過型液晶表示装置に比べ、透過モードでの透過率が大きく下がってしまうという課題が有る。

また引用文献１に提案されている方式では、光源光のスペクトルに含まれる複数のピークに合わせて透過帯域を設けている。例えば複数の透過帯域が赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）に分かれている場合、Ｒ色を表示する部分（Ｒ表示部）においてはＧ及びＢの光を反射することなく、Ｒのカラーフィルターに吸収されてしまい、暗い表示になってしまうという課題がある。

特許文献２に提案されている方法は、バックライト側の光利用効率を高めるために、補色の半透過膜を光吸収型のカラーフィルターと光源の間に設けている。しかしながらこの構成の場合は、透過表示のみが明るくなってしまい、反射表示ができないという課題があった。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本技術は透過モードでの表示明度に影響を与えることなく、反射モードでの外光反射率を高めた液晶表示装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。一態様では、観察者側に配置した基板と、光源側に配置した基板と、両基板の間隙に配され少なくとも一方の基板に形成された電極に印加される電圧に応じて配向方向が変わる液晶層と、該液晶層を挟むように配された一対の偏光板と、片方の基板に形成されたカラーフィルターとを備えた液晶表示装置において、前記液晶層と前記カラーフィルターとの間に配された半反射半透過膜を有し、前記半反射半透過膜は、該カラーフィルターよりも観察者側に設けられており、且つ該カラーフィルターの透過色とは異なる反射特性を有することを特徴とする。

他の態様では、前記カラーフィルターは、赤色、緑色及び青色の透過色を有し、前記半反射半透過膜は、赤色、緑色及び青色の透過色に対応した波長成分を透過する一方、これらとは異なる波長成分の光を反射する。他の態様では、前記カラーフィルターは、その透過色が画素単位で赤色、緑色及び青色の区画に分かれており、前記半反射半透過膜も、画素単位で分割された区画に分かれており、前記半反射半透過膜の各区画は、対応するカラーフィルターの区画の透過色に対応した波長成分の光を概ね透過する一方、これとは異なる波長成分の光の一部または全てを反射する。好ましくは、前記光源は、少なくとも該カラーフィルターの透過色である赤色、緑色及び青色に対応する波長領域で発光スペクトルが極大値を有する白色光源である。又前記半反射半透過膜の各区画は、対応するカラーフィルターの区画の透過色に対応した波長成分の光を透過する一方、この透過色とは補色の関係にある波長成分の光を概ね反射する。又前記カラーフィルターは、光源側に配された基板上に設けられている。

一態様では、前記半反射半透過膜は、互いに直交する直線偏光を偏光分離するものであり、一方の直線偏光を概ね透過し、これと直交する他方の直線偏光を波長に応じて選択的に反射透過する。この場合、前記半反射半透過膜は、無機多層膜又は体積ホログラムのいずれかより形成される。他の態様では、前記半反射半透過膜は、互いに反対方向の円偏光を偏光分離するものであり、一方の円偏光を概ね透過し、他方の円偏光を波長に応じて選択的に反射透過する。この場合、前記半反射半透過膜は、コレステリック規則性を有する層より形成される。

又一態様では、観察者側に配置した基板と、光源側に配置した基板と、両基板の間隙に配され少なくとも一方の基板に形成された電極に印加される電圧に応じて配向方向が変わる液晶層と、該液晶層を挟むように配された一対の偏光板と、片方の基板に形成されたカラーフィルターとを備えた液晶表示装置において、前記液晶層と前記カラーフィルターとの間に配された半透過層を有し、前記半透過層は、該カラーフィルターよりも観察者側に設けられており、透過光に波長選択性を有し、該カラーフィルターの透過色に対応する波長成分の少なくとも一部を透過する一方、該カラーフィルターの透過色とは異なる波長成分の光を反射することを特徴とする。

本技術によれば、半反射半透過膜がカラーフィルターよりも観察者側に設けてあり、且カラーフィルターの透過色とは異なる反射特性を有している。カラーフィルターの透過色はほとんど反射吸収することなくそのまま透過するので、透過モードでの透過率にはほとんど影響を与えることなく、純透過型の液晶表示装置と同程度の透過表示の明るさが得られる。一方反射モードではカラーフィルターの透過色以外の波長成分をすべて利用して表示を行うことができるので、比較的明るい画面が得られる。なお反射モードの表示はカラーフィルターの透過色とは異なる波長成分を利用するため、カラー表示ではなくなるが全体的には色バランスの取れた白黒表示に近いモノカラー表示が得られる。

以下図面を参照して本技術の実施の形態を詳細に説明する。図１は本技術にかかる半透過型液晶表示装置の全体構成を示す模式的な断面図である。図示するように本液晶表示装置は、観察者側に配置したガラス基板１と、光源２側に配置したガラス基板３と、両基板１，３の間隙に配され少なくとも一方の基板に形成された電極に印加される電圧に応じて配向方向が変わる液晶層５と、この液晶層５を挟むように配された一対の偏光板６，７と、片方の基板に形成されたカラーフィルター（ＣＦ層）８とを備えている。

本実施形態の場合、両方の基板１，３に電極が形成されている。ガラス基板１側には透明電極１０が全面に形成されている一方、ガラス基板３には表示三原色ＲＧＢごとに分かれた透明電極４が形成されている。ガラス基板３の上には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１が集積形成されており、画素ごとに分かれた個々の透明電極（画素電極）４を駆動している。また、液晶５を配向制御するため、両基板１，３の内表面に、それぞれ配向膜１３，１４が形成されている。一対のガラス基板１，３は液晶５を狭持した状態で、シール剤１５により互いに接合されている。

本実施形態では、カラーフィルター（ＣＦ層）８は、ガラス基板３側に形成されている。このＣＦ層８はＲＧＢごとにブラックマトリクス層（ＢＭ層）１２で区画されている。光源２は白色ランプ２ａと導光板２ｂとからなり、面光源型のバックライトとしてガラス基板３の下方に配されている。
本実施形態では、半透過層がＣＦ層より観察者側に配置されていれば良く、ＴＦＴ層は観察者側の基板に配置されかつＣＦ層が光源側の基板に配置されていても良い。

本技術の特徴事項として、液晶層５とＣＦ層８との間に半透過層９が配されている。この半透過層９はＣＦ層８よりも観察者側に設けてあり、透過光に波長選択性を有する半反射半透過膜で構成されている。この半反射半透過膜は、ＣＦ層（カラーフィルター）８の透過色とは異なる反射特性を有する。換言すると半反射半透過膜からなる半透過層９は、カラーフィルター（ＣＦ層）８の透過色に対応する波長成分の少なくとも一部を透過する一方、カラーフィルターの透過色とは異なる波長成分の光を反射する。

本技術によれば、半反射半透過膜がカラーフィルターよりも観察者側に設けてあり、且カラーフィルターの透過色とは異なる反射特性を有している。カラーフィルターの透過色はほとんど反射吸収することなくそのまま透過するので、透過モードでの透過率にはほとんど影響を与えることなく、純透過型の液晶表示装置と同程度の透過表示明度が得られる。一方反射モードではカラーフィルターの透過色以外の波長成分をすべて利用して表示を行うことができるので、比較的明るい画面が得られる。なお反射モードでの表示はカラーフィルターの透過色とは異なる波長成分を利用するため、カラー表示ではなくなるが、全体的には色バランスの取れた白黒表示に近いモノカラー表示が得られる。

一態様では、ＣＦ層８は、赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂの透過色を有する。これに対し半透過層９は、赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂの透過色に対応した波長成分を透過する一方、これらとは異なる波長成分の光を反射する。

他の態様では、ＣＦ層８は、その透過色が画素単位で赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂの区画に分かれており、半透過層９も画素単位で分割された区画に分かれている。この場合半透過層９の各区画は、対応するＣＦ層８の区画の透過色に対応した波長成分の光を透過する一方、これとは異なる波長成分の光を反射する。好ましくは、半透過層９の各区画は、対応するＣＦ層８の各区画の透過色に対応した波長成分の光を透過する一方、この透過色とは補色の関係にある波長成分の光を反射する。

好ましくは、光源２は、少なくともＣＦ層８の透過色である赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂに対応する波長領域で発光スペクトルが極大値を有する白色ランプ２ａを用いる。またＣＦ層８は、光源２側に配されたガラス基板３上に設けられている。

一態様では、半透過層９は、互いに直交する直線偏光を偏光分離するものであり、一方の直線偏光を概ね透過し、これと直交する他方の直線偏光を波長に応じて選択的に反射透過する。この場合、半透過層９は、無機多層膜または体積ホログラムのいずれかにより形成することができる。他の態様では、半透過層９は、互いに反対方向の円偏光を偏光分離するものであり、一方の円偏光を概ね透過し、他方の円偏光を波長に応じて選択的に反射透過する。この場合半透過層９は、コレステリック規則性を有する層より形成することができる。
コレステリック層は単体で用いても良いし、λ／４板などと組み合わせて用い、直線偏光に変換した設計とすることもできる。
また、コレステリック層は透過光の視野角補償板として用いることも可能であり、膜厚と反射率を調整し、ネガティブＣプレート兼反射板として機能することも可能である。

以上の説明から明らかなように、本技術の液晶表示装置は、図１に示したように半透過層９がＣＦ層８よりも観察者側（光源２と反対側）に配置してある。図示の実施形態では、各画素を駆動するＴＦＴ１１が形成されたガラス基板（ＴＦＴ基板）３は、光源２側に設けられているが、本技術はこれに限られるものではない。ＴＦＴ基板は観察者側に配置しても良い。また本技術は画素の駆動にＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置ではなく、単純に行電極と列電極を交差させたパッシブマトリクス型の液晶表示装置でも良い。液晶５の配向モードは多種多様であり、ＴＮ、ＳＴＮ、ＶＡ、ＩＰＳ、ＥＣＢなど各種の配向モード並びに動作モードを採用することができる。

図２は、本技術にかかる液晶表示装置の第１実施形態を示す模式的な要部断面図である。（Ａ）は透過モードでの表示態様を表し、（Ｂ）は反射モードでの表示態様を表している。図示するように、本液晶表示装置は、基本的に基板３と、その上に形成されたＣＦ層（カラーフィルター）８とその上に形成された半透過層（半反射半透過膜）９とからなる。この半透過層９は、ＣＦ層８のＲＧＢ透過色に対応した波長成分を透過する一方、ＲＧＢとは異なる波長成分の光を反射する。

（Ａ）に示すように、透過モードでは、基板３の裏側に配されている光源２が白色光を放射している。本実施形態では、この光源２はＣＦ層８のＲＧＢ透過色に対応する波長領域で発光スペクトルが極大値を有する白色光源である。図では理解を容易にするため、光源２から放射する光を模式的にＲＧＢ三成分に対応した矢印で表してある。ＣＦ層８のＲ区画に入射した光源光はＧ及びＢ成分が吸収される一方、Ｒ成分が透過する。同じくＣＦ層８のＧ区画に入射した光源光はＲ成分及びＢ成分が吸収される一方Ｇ成分が透過する。Ｂ区画に入射した光源光はＲ成分及びＧ成分が吸収される一方Ｂ成分が透過する。この様にして透過モードでは、ＣＦ層８のＲＧＢ各区画を通過したＲＧＢ光成分の混合により、所望のカラー表示が得られる。半透過層９はＣＦ層８を透過する光成分は一切吸収していないため、純透過型液晶表示装置と同等の透過率を維持することができ、明るい透過表示が得られる。

（Ｂ）に示すように反射モードでは、液晶表示装置は観察者側から入射した外光を反射して表示を行っている。この外光は例えば太陽光であったり室内の照明光であり、ＲＧＢ光成分に加え他の色の光成分も含んでいる。本技術にかかる半透過層９は、カラーフィルターのＲＧＢ透過色に対応した波長成分以外の波長成分を反射して、表示を行っている。反射モードでは反射光のみを表示に利用するので、半透過層９の下方に位置するＣＦ層８の影響はまったくない。半透過層９により反射される光はＲＧＢ成分を欠いているが、その他の光成分を含んでおり表示には十分な光量を確保できる。領域分割方式と異なり、すべての画素面積を基本的に反射表示に利用できる。半透過層９によって反射される光により、白黒表示に近いモノカラーの表示が得られる。なおこの様に波長選択性を有する半透過層９は、例えば屈折率の異なる無機光学膜を多層に重ねた無機多層膜で形成することができる。あるいは体積ホログラムで波長選択性を有する半透過層９を形成することもできる。

消費電力節約の観点から、バックライト光源２は透過モードで点灯し、反射モードの場合は消灯することが好ましい。但し本技術はこれに限られるものではなく、バックライト光源２は常に点灯させておいても良い。この場合外光が乏しく暗い場所では透過光がリッチとなってカラー表示となる一方、外光が豊富にある明るい場所では反射光が組み合わさって白黒に近い表示となり、明るい反射特性を得ることができる。

図３は、本技術にかかる液晶表示装置の第２実施形態を示す模式的な要部断面図である。理解を容易にするため、図２に示した第１実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。カラーフィルター（ＣＦ層）８は、その透過色が画素単位でＲＧＢの各区画に分かれている。これと対応して本実施形態では、半透過層９も画素単位でＲＧＢに分割された区画に分かれている。特徴事項として、この半透過層９の各区画は、対応するＣＦ層８の各区画の透過色に対応した波長成分の光を透過する一方、これとは異なる波長成分の光をすべて反射する。

（Ｂ）に示すように反射モードでは、観察者側に位置する外光がＲＧＢ各成分を含む照明光を半透過層９に入射する。ＣＦ層８のＲ区画に対応した半透過層９の区画９Ｒは、Ｒ成分のみを透過し、残りの成分はすべて反射する。よって図２に示した第１実施形態に比較し、反射光量が多くなるので、より明るい表示が得られる。同様にＣＦ層８のＧ区画に対応した半透過層９の区画は、外光に含まれるＧ成分のみを透過し、残りの成分は反射する。この様に本実施形態は反射光量を増大させることができるが、そのために半透過層９をＲＧＢ区画別に作り込む必要がある。

一方（Ａ）に示すように透過モードは、図２の（Ａ）に示した第１実施形態と全く同様となり、純透過型の液晶表示装置と同等の表示明度が得られる。

図４は、本技術に使う半透過層の反射スペクトルを示すグラフである。（Ａ）は、第１実施形態に使う半透過層の反射スペクトルを表している。図示するように、この半透過層は光源光に含まれるＲＧＢ成分以外の光をすべて反射するバンドフィルタとなっている。この様なバンドフィルタは屈折率の異なる無機誘電体膜を所定の光学設計ルールに従って積層することにより得られる。あるいは体積ホログラムでこの様な波長選択性を有するバンドフィルタを作成することもできる。

（Ｂ）は図３に示した第２実施形態に使用する半透過層の反射スペクトルを示すグラフである。図から明らかなようにこの半透過層もバンドフィルタからなる。例えばカラーフィルターのＢ区画に使用するバンドフィルタの場合、光源に含まれるＢ成分のみを透過し、その他の光成分はＧ成分及びＲ成分を含めて反射している。（Ａ）と（Ｂ）を比較すれば明らかなように、後者の半透過層の方が前者の半透過層に比べて多くの光量を反射でき、その分反射モードでの輝度が高くなる。

図５は、図１に示した半透過型液晶表示装置の光学設計及び動作モードを示す模式図である。（Ａ）は透過モードを示し、（Ｂ）は反射モードを示している。いずれもノーマリブラックモードで動作する。即ち液晶に対する印加電圧がオフのとき黒表示（暗表示）となり、印加電圧がオンのとき白表示（明表示）となる。透過モード及び反射モードのいずれの場合も、左側にオフ表示の動作状態を表し、右側にオン表示の動作状態を表している。

本液晶表示装置は、観察者側の偏光板６として直線偏光子を用いている。この直線偏光子６はその透過軸が紙面と直交している。図では紙面と直交する直線偏光成分を○印と×印を重ねた記号で表している。一方紙面と平行な直線偏光成分は双頭矢印で表してある。なお本図は、Ｒ画素に対する動作モードを表している。液晶５は電圧無印加時（オフ時）位相差が無く、電圧印加時（オン時）λ／２の位相差を呈するように配向制御されている。なおλは入射光の波長を表している。半透過層９は互いに直交する直線偏光を偏光分離する機能を有し、一方の直線偏光（本例では紙面と直交する直線偏光）を概ね透過し、これと直交する他方の直線偏光（本例では紙面と平行な直線偏光）を波長に応じて選択的に反射透過する。本例ではこの半透過層９はＲ区画に設けてあるため、紙面と平行な直線偏光に含まれるＲ成分を透過する一方、これ以外のＢ成分及びＧ成分を含むすべての光を反射する。ＣＦ層８はＲ区画に配されているので、Ｒ成分のみを透過し、その他のＧ成分及びＢ成分は吸収する。光源側に配された偏光板７も直線偏光子からなる。但しその透過軸は観察者側に配した偏光板６と直交しており、図示のように紙面と平行になっている。

まず（Ａ）の左側を参照して、透過モードにおけるオフ表示を段階（１）〜（６）ごとに説明する。段階（１）では、光源が全方向の直線偏光成分を含む白色光Ｗを放射する。段階（２）では偏光板７が紙面と平行な直線偏光の白色光Ｗのみを通過させる。段階（３）では、ＣＦ層８によりＲ成分以外の成分が吸収されるため、Ｒ色の紙面と平行な直線偏光成分（以下平行成分と略記する）のみが通過する。

段階（４）では、Ｒ色の平行成分がそのまま半透過層９を通過する。前述したように、半透過層９は平行成分をすべて通過させるようになっている。続いて段階（５）では、Ｒ平行成分が液晶５を通過する。電圧無印加時（オフ時）位相差が０の液晶５を平行成分Ｒはそのまま通過する。段階（６）では、平行成分Ｒが直線偏光板６によって遮断される。前述したように偏光板６はその透過軸が紙面と直交しているため、平行成分Ｒは偏光板６を通過することができず、オフ表示が得られる。

一方オン表示では、液晶５に電圧が印加されるため、その配向状態が変化しλ／２の位相差を呈するようになる。したがって段階（４）から（５）に移る際、Ｒ平行成分はλ／２の位相差層の機能によって、その直線偏光軸が９０°回転し、紙面と直交する直線偏光成分（以下直交成分と略記する）に変換される。以上の説明から明らかなように、段階（４）から段階（５）に移る際Ｒ平行成分はＲ直交成分に変わる。このＲ直交成分は偏光板６を通過できるので段階（６）に示したようにオン表示（明表示）が得られる。

次に（Ｂ）を参照して反射モードの動作を説明する。まず左側に示すオフ表示では、段階（１）で観察者側からすべての直線偏光成分を含む白色光Ｗが入射する。この白色光Ｗは偏光板６を通過すると、直交成分のみを含む白色光Ｗが段階（２）で得られる。さらにこの白色直交成分Ｗは液晶５をそのまま通過して段階（３）に至る。前述したように液晶５は電圧無印加状態でなんら光学異方性を示さないため、平行成分Ｗはそのまま通過して段階（３）に至る。

ここで直交成分Ｗは半透過層９を通過する。前述したように半透過層９は直交成分に対してなんら反射特性を有しないため、直交成分Ｗはそのまま通過し段階（４ｔ）に至る。この後ＣＦ層８を通るため、Ｒ色の直交成分のみが通過し段階（５ｔ）に至る。続いて直交成分Ｒは偏光板７に到達する。この偏光板７の透過軸は紙面と平行であるため、直交成分Ｒはこれを通過できず、段階（６ｔ）で示したように暗表示となる。

一方（Ｂ）の右側に示したオン表示では、液晶５に電圧が印加されλ／２位相差板として機能する。これにより偏光板６を通過した白色直交成分Ｗは白色平行成分Ｗに変換されて段階（３）に至る。ここで白色平行成分Ｗは半透過層９によって選択的に透過反射される。本例の場合半透過層９はＲ色の平行成分のみを透過し、残りの平行成分はＧＢ含めてすべて反射する。ここでは反射成分を代表して平行成分Ｂ及び平行成分Ｇを図示してある。段階（４ｒ）で得られた平行成分Ｂ及び平行成分Ｇは、再び液晶５を通過することで、直交成分Ｂ及び直交成分Ｇに変換され段階（５ｒ）に至る。この後偏光板６を通過し、段階（６ｒ）にいたってオン表示（明表示）が得られる。前述したように偏光板６はその透過軸が紙面と直交であるため、直交成分Ｂ及び直交成分Ｇはそのまま偏光板６を通って、観察者に到達し所望のオン表示となる。

図６は、本技術にかかる液晶表示装置の光学設計及び動作モードの他の例を示す模式図である。理解を容易にするため、図５に示した先の例と対応する部分には対応する表記を採用している。図５に示した先の例と異なる点は、本例が偏光板として直線偏光子ではなく円偏光子を用いていることである。図示するように観察者側の偏光板６は、円偏光子からなり互いに反対方向の円偏光を偏光分離している。図示の例では円偏光板６は一方の円偏光（反時計回りの円偏光、以下反時計成分と略記する）を透過し、これとは逆の時計回りの円偏光成分（以下時計成分と略記する）を吸収遮断する。同様に光源側の偏光板７も円偏光子からなるが、観察者側の偏光板６と異なり時計成分を透過する一方反時計成分を遮断している。これと対応して、半透過層９は互いに反対方向の円偏光を偏光分離する性質を有し、一方の円偏光（本例の場合反時計成分）を概ね透過し、他方の円偏光（本例の場合時計成分）を波長に応じて選択的に反射透過している。図示の例では半透過層９はＲ区画に設けてあるため、Ｒ色の時計成分を透過する一方、これ以外のＧ色及びＢ色を含むすべての時計成分を反射している。そして液晶５は、電圧無印加状態でなんら光学異方性を示さず、電圧印加に応じてλ／２の位相差板として機能する。この様な円偏光板６、液晶５、半透過層９、ＣＦ層８及び円偏光板７を組み合わせることで、図５に示した先の例と同様に、透過表示及び反射表示を行うことができる。

図６に示した半透過層９は、例えばコレステリック規則性を有する層により形成することができる。コレステリック層を構成する材料としては、コレステリック液晶、カイラルネマティック液晶を用いることが好ましい。なお、材料中のコレステリック液晶は、重合可能な基を有することが好ましい。また、カイラルネマティック液晶は、ネマティック液晶と、カイラル剤を含む混合物であり、ネマティック液晶は重合可能な基を有することが好ましく、さらに好ましくはカイラル剤も重合可能な基を有することが好ましい。さらに液晶材料には光重合開始剤を添加することが好ましい。

ここで、コレステリック層は、コレステリック規則性を有する放射線硬化型の液晶材料からなっており、物理的な分子配列（プレーナ配列）に基づいて一方向の円偏光成分とこれと逆廻りの円偏光成分をある波長帯域において分離する偏光分離特性を有している。すなわり、コレステリック層において、プレーナ配列のヘリカル軸に入射したある波長の入射光は、右旋の円偏光成分および左旋の円偏光成分に分離され、一方の円偏光成分は透過され、他方の円偏光成分は反射される。この現象は、円偏光二色性として広く知られており、円偏光成分の旋光方向を入射光に対して適宜選択することにより、コレステリック層のヘリカル軸の方向と同一の旋光方向を有する円偏光成分のみが選択的に反射される。なお、コレステリック層の選択反射波長の中心波長λは、コレステリック層中の液晶分子のカイラルピッチｐと液晶分子の平均の屈折率ｎによって決定され、λ＝ｎ・ｐの式によって表される。

所望の液晶材料にコレステリック規則性を付与するため、予め配向処理が施された配向基板を用いる。配向処理が施された配向基板として、ラビング済みのポリイミド（ＰＩ）付のガラス基板や配向能のある支持フィルム等を準備し、この配向基板上に、液晶性を有する放射線硬化型の液晶を製膜し、配向基板の配向規制力および必要に応じて加熱処理を施すことにより液晶層中の液晶分子を配向させる。そして、フォトリソグラフィーや各種印刷法等の技術を用いて、パターニングされた液晶層を得ることができる。

なお、配向基板として用いられる支持フィルムとしては、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、セルロース、トリアセチルロースおよびその部分鹸化物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチックフィルムが使用できる。これらのプラスチックフィルムは２種類以上のフィルムを積層させたラミネートフィルムであっても差し支えなく、また、一軸延伸または二軸延伸されたフィルムであっても差し支えない。さたに、支持フィルムには親水処理や疎水処理等の表面処理を予め施しておくこともできる。溶液に含まれる、液晶の組成によっては、支持フィルムに配向能を別途付与させる必要がないが、溶液塗布に先立って支持フィルムに配向能を付与しておくことが好ましい。配向能の付与は、支持フィルムに配向膜を積層させるか、支持フィルムもしくはこれに積層された配向膜をラビングする方法で行われる。また、支持フィルム上に酸化ケイ素を斜め蒸着させて配向能を付与させることもできる。配向膜には、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等が通常使用され、ラビング処理はレーヨン、綿、ポリアミド、ポリメチルメタアクリレート等の素材から選ばれるラビング布を金属ロールに捲きつけ、これをフィルムに接した状態で回転させるか、ロールを固定したままフィルムを搬送することにより、フィルム面をラビングで摩擦する方法が通常採用される。

本技術にかかる液晶表示装置の全体構成を示す断面図である。 本技術にかかる液晶表示装置の第１実施形態の要部を示す模式図である。 本技術にかかる液晶表示装置の第２実施形態の要部を示す模式的な断面図である。 本技術にかかる液晶表示装置に組み込まれる半透過層の反射スペクトルを示すグラフである。 本技術にかかる液晶表示装置の光学設計並びに動作モードを示す模式図である。 同じく光学設計と動作モードの他の例を示す模式図である。

符号の説明

１・・・ガラス基板、２・・・光源、３・・・ガラス基板、４・・・透明電極、５・・・液晶、６・・・編光板、７・・・編光板、８・・・ＣＦ層（カラーフィルター）、９・・・半透過層（半反射半透過膜）、１０・・・透明電極、１１・・・ＴＦＴ、１２・・・ＢＭ層、１３・・・配向膜、１４・・・配向膜、１５・・・シール剤

Claims (7)

1. 観察者側に配置した基板と、
   光源側に配置した基板と、
   両基板の間隙に配され少なくとも一方の基板に形成された電極に印加される電圧に応じて配向方向が変わる液晶層と、
   該液晶層を挟むように配された一対の偏光板と、
   前記光源側に配置した基板に形成されたカラーフィルターと、
   前記液晶層と前記カラーフィルターとの間に配された半反射半透過膜と、
   を有し、
   前記カラーフィルターは、その透過色が画素単位で赤色、緑色及び青色の区画に分かれており、
   前記半反射半透過膜も、画素単位で分割された区画に分かれており、
   前記半反射半透過膜の各区画は、対応するカラーフィルターの区画の透過色に対応した波長成分の光を透過する一方、これとは異なる波長成分の光を反射することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光源は、少なくとも該カラーフィルターの透過色である赤色、緑色及び青色に対応する波長領域で発光スペクトルが極大値を有する白色光源であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記半反射半透過膜の各区画は、対応するカラーフィルターの区画の透過色に対応した波長成分の光を透過する一方、この透過色とは補色の関係にある波長成分の光を反射することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記半反射半透過膜は、互いに直交する直線偏光を偏光分離するものであり、一方の直線偏光を概ね透過し、これと直交する他方の直線偏光を波長に応じて選択的に反射透過することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記半反射半透過膜は、無機多層膜又は体積ホログラムのいずれかより形成されることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
6. 前記半反射半透過膜は、互いに反対方向の円偏光を偏光分離するものであり、一方の円偏光を概ね透過し、他方の円偏光を波長に応じて選択的に反射透過することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
7. 前記半反射半透過膜は、コレステリック規則性を有する層より形成されることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。

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