JPH11142836A

JPH11142836A - 反射型液晶表示装置及び感圧式入力装置一体型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11142836A
Application number: JP9304255A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Mitsui; 精一三ツ井; Masayuki Okamoto; 正之岡本; Kiyoshi Minoura; 潔箕浦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-06
Also published as: JP3344554B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度表示が可能な１枚偏光板方式の液晶
表示装置であって、視認性に優れたカラー表示の反射型
液晶表示装置および感圧式入力装置一体型反射型液晶表
示装置を提供する。【解決手段】光反射性電極を有する第１基板と、透明
電極を有する透明な第２基板と、前記基板間に挟持され
た誘電異方性が負で、かつ電圧印加に伴いツイストする
ネマティック液晶層と、該液晶層に円偏光が入射のため
の前記第２基板上に配置された複数枚の光学位相差補償
板と１枚の偏光板とを具備した反射型液晶表示装置にお
いて、前記第１および第２の基板表面は概ね垂直配向処
理で、液晶の自然ピッチｐ、液晶層厚ｄ、液晶の複屈折
率差Δｎにおいて、０＜│ｄ／ｐ│＜１かつ２００
ｎｍ≦Δｎ＊ｄ≦１２００ｎｍが成立するように選択さ
れることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワードプロセッ
サ、ノート型パソコン等のオフィスオートメーション
（ＯＡ）機器や、各種映像機器およびゲーム機器等に使
用され、直視式のバックライトを用いない構成の反射型
液晶表示装置に関し、特にカラー反射型液晶表示装置お
よび感圧式入力装置一体型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のうち、薄
型、軽量等の特徴を有するものとして、液晶表示装置が
多用されている。カラー液晶表示装置として、特に広く
用いられているものは、背景に光源を用いた透過型液晶
表示装置であり、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に対して、他の表
示方式である反射型液晶表示装置は、バックライトを必
要としないため光源用電力が削減可能であり、さらに、
バックライトのスペースや重量が節約できる等の特徴を
有している。即ち、表示装置全体として、消費電力の低
減が実現でき、小型のバッテリーを用いることが可能に
なり、軽量薄型を目的とする機器に適している。あるい
は、機器の大きさまたは重量を同一にするように作製す
れば、大型のバッテリーに用いることで動作時間の飛躍
的な拡大が期待出来る。

【０００４】また、表示面のコントラスト特性の面から
も、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たり、低反射処理
の施された透過型液晶表示装置においても、直射日光下
等の周囲光が表示光に比べて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、反射型液晶表示装置は、周囲光量に比例した表示
光が得られ、携帯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使用には、特に好適である。

【０００５】上記のような非常に有望な応用分野を有し
ながら、十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なた
め、現在まで十分な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】以下、反射型液晶表示装置についてさらに
詳述する。従来のツイステッドネマティック（以下、Ｔ
Ｎと略す）型液晶表示装置は、偏光板を２枚用いる構成
であって、コントラスト比やその視角依存性の特性に優
れているが、必然的に反射率が低い。また、液晶変調層
と光反射層の距離が基板等の厚みだけ離れているために
照明光の入射時と反射時の光路のずれに伴う視差が生じ
る。

【０００７】特に、１層の液晶変調層に色要素毎に異な
る画素を与えたカラーフィルタを組み合わせる、通常の
透過型液晶ディスプレイに用いられる構成では、入射時
と反射時に通過する色要素が、光の進行方向が傾斜して
いる場合には異なり、カラーの高解像度、高精細表示に
は向いていない。これらの理由により、この表示モード
を用いた反射型のカラー表示は実用化に至っていない。

【０００８】これに対し、偏光板を用いないかもしくは
１枚のみ用いて、染料を液晶に添加したゲストホスト型
液晶素子（以下、ＧＨと略す）が開発されてきたが、染
料を添加しているため信頼性に欠け、また染料の二色性
比が低いため高いコントラスト比が得られないといった
問題が有る。特に、コントラストの不足は、カラーフィ
ルタを用いるカラー表示においては、色純度を大幅に低
下させるため、色純度の高いカラーフィルタと組み合わ
せる必要があり、色純度の高いカラーフィルタのために
明度が低下し、偏光板を用いないことによる本方式の高
明度という利点が損なわれるという問題がある。

【０００９】これらを背景に、高解像度、高コントラス
ト表示の期待できる１枚の偏光板を用いた方式（以下、
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。この中でも高いコントラストが実現できる１／４
波長板との組み合わせた例が多く開示されている。

【００１０】その一例としては、偏光板１枚と１／４波
長板とを用いた反射型ＴＮ（４５゜ツイスト型）方式の
液晶表示装置が、特開昭５５−４８７３３号公報に開示
されている。この先行技術においては、４５゜捩れた液
晶層を用い、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を１／４波長板の光軸に平行な状
態と４５゜捩れた状態との２つの状態を実現して白黒表
示を行っている。この液晶セルの構成は、入射光側から
偏光子、４５゜ツイスト液晶層、１／４波長板、反射板
となっている。

【００１１】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液晶表示装置が開示さ
れている。また、特開平６−３３７４２１号公報には、
偏光板１枚と１／４波長板とベンド垂直配向液晶セルを
組み合わせた反射型液晶表示装置が開示されている。ま
た、ＥｕｒｏＤｉｓｐｌａｙ９６（Ｐ．４６４）に
も、偏光板１枚と１／４波長板と垂直配向液晶セルを組
み合わせた反射型液晶表示装置が開示されている。

【００１２】また、ＳＩＤ９６ＤＩＧＥＳＴ（Ｐ．７
６３）には垂直配向処理された上下の基板の間に、誘電
率異方性が負で、カイラルドーパントを添加した液晶を
挟持した表示モードを反射型プロジエクションに適用し
た例が開示されている。

【００１３】上記特開平６−３３７４２１号公報に示し
た１枚偏光板方式の表示動作について説明する。入射側
に配置された偏光板は、入射光と出射光の偏光の直線成
分のうち１方向のみを通過させ、他方向のものを吸収す
る働きを持つ。偏光板を通過した入射光はλ／４板等の
光学位相差補償板によって円偏光となり、液晶層に入射
し、垂直配向した液晶層を通過し、そのまま反射板へと
到達する。反射板に到達した光は、反射板で反対の円偏
光に変換され、入射時と逆の順序で液晶層、λ／４板等
を通過して、入射時の直線偏光と直交する直線偏光とな
り、暗状態が実現される。

【００１４】また、電圧印加により、液晶層を傾斜し、
ある条件の位相差を発現させると、偏光板を通過した入
射円偏光が直線偏光に変換され、反射板でそのまま直線
偏光となり、入射時の直線偏光と平行の直線偏光が得ら
れ、明状熊が実現される。

【００１５】つまり、これらの状態を液晶表示装置に垂
直に入射および出射する光に対して実現するための必要
十分条件は、明状熊に対しては反射板上での偏光状態が
任意の方位の直線偏光となること、また、暗状態に対し
ては反射板上で右または左の円偏光となることが既に公
知である。

【００１６】また、携帯型の情報機器においては、従来
より用いられているキーボードに加え、タッチパネル
（感圧式入力装置）が有力な入力手段になる。特に、キ
ーボードからの入力を変換する必要のある言語、例えば
日本語等の入力においては、情報処理能力の高度化、ソ
フトウエアの発展に伴ってタッチパネルを単なるポイン
ティングデバイスとしてではなく、手書き直接入力等の
入力装置として使用することが−般的になってきた。こ
のような入力形態の場合、表示装置前面に入力装置を重
ねて配置することが行われている。

【００１７】しかし、反射型液晶表示装置においては反
射光を表示に利用するため、タツチパネルの低反射処理
の手段は下部に設置される反射型液晶表示装置の表示を
損なうものであってはならない。特開平５−１２７８２
２号公報にタッチパネルに１／４波長板と偏光板を重ね
て低反射処理を行うことが開示されている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
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
要があるため、原理上、液晶セルの内側に反射膜を形成
することが難しく、高解像度、高精細表示に適さない。

【００１９】前記ＵＳＰ４、７０１、０２８、特開平６
−３３７４２１号公報、ＥｕｒｏＤｉｓｐｌａｙ９６
（ｐ．４６４）に記載された垂直配向方式の液晶表示装
置では、第１に、垂直配向、特に傾斜垂直配向の方向が
上下基板の間で平行であり、液晶は一方向に倒れること
になり、面内の視野角依存性がきわめて大きいという問
題があり、第２に、反射率の波長依存性が大きいために
色づく問題がある。

【００２０】また、前記ＳＩＤ９６ＤＩＧＥＳＴ
ｐ．７６３の記載の表示モードでは、１／４波長板を使
用せず、偏光ビームスプリッターを用いて、直線偏光を
入射しており、直視型には適用していない。さらに，液
晶の自然ピッチをｐ、セル厚をｄとした時の│ｄ／ｐ│
の詳細な設定、最適なΔｎ＊ｄ（複屈折率差＊液晶層
厚）については言及されていない。

【００２１】さらには、反射型液晶表示装置として実用
可能な性能が実現された場合であっても、タッチパネル
を配置すると、視認性を極度に悪化させる問題がある。
これは、透過型液晶表示装置やその他の発光型表示装置
において、タッチパネルを配置した場合の視認性の低下
は、タッチパネルからの反射光を生じる原因となってい
る光源（例えば、天井灯等）による反射光を取り除くこ
とや、その方向を変更することにより容易に解決可能で
ある。しかし、反射型表示装置においては、光源がタッ
チパネルからの反射光を生じ、かつ、表示用装置の表示
光源となっているため、前記のような解決方法を計るこ
とができない。

【００２２】そのため、この視認性の低下を解決するこ
とが、反射型表示装置の実現とともに実用的な低消費電
力の携帯情報機器の実現に重要である。特開平５−１２
７８２２号公報に示されているタッチパネルの構成は、
１／４波長板の作用によって反射を防止する効果を有す
るが、通常の１／４波長板は可視域の特定波長に対して
低下は避けられない。

【００２３】さらに、下部に設置した表示装置における
偏光状態が、この１／４波長板と光板の組み合わせで得
られる円偏光の透過光成分を、どの程度含むかによって
表示の明るさが決定される。すなわち、下部に実質的に
偏光特性を持たない表示装置（例えば、３６０度ツイス
ト液晶に色素を混入したホワイトテーラー型ゲストホス
ト液晶装置）を使用すると、反射効率は、タッチパネル
前面の偏光板の透過率により、タッチパネルを使用しな
い場合の最大でも１／２になる。

【００２４】他の例として、下部の表示装置が直線偏光
を表示に利用する場合（例えば、タッチパネルと液晶セ
ルの間隙に、さらに偏光板を配したＴＮ型およびＳＴＮ
型液晶表示装置）である場合にも、同様にタッチパネル
を使用しない場合の最大１／２効率になるとともに、さ
らに、１／４波長板の位相差が光の波長に依存するた
め、これを偏光板で挟持する配置になって、色調が変化
する。

【００２５】いずれの場合も明度が不足し、背景光等の
明度向上手段の無い反射型液晶表示装置との組み合わせ
としては不適当である。つまり、特開平５−１２７８２
２号公報に記載のタッチパネルの更なる反射防止機能の
向上が必要であり、そのタッチパネルに入射した外光
を、反射型液晶に利用するための好適な構成は開示され
ていない。

【００２６】そこで、本発明は上記の高解像度表示が可
能な１枚偏光板方式の液晶表示装置のかかる課題を解決
するためになされたものであって、視認性に優れたカラ
ー表示の反射型液晶表示装置および感圧式入力装置一体
型反射型液晶表示装置を供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成
するために、本願発明者らは鋭意検討した結果、視差を
生じない構成が可能で高解像度表示を実現可能な１枚偏
光板方式において、明状熊と暗状態の実現に必要な反射
板上での異なる偏光状態を、電気的に切り替える可能な
手段として、液晶層に電圧を印加しない状態で液晶表示
装置の暗状熊を実現するように偏光板と光学位相差補償
板を構成することが、液晶層の製造工程に高い精度を要
求することなく、良好な暗状態を実現するために必要で
あることを見出した。さらに、このような偏光状態を実
現するための偏光板と光学位相差補償板の構成を見出
し、これらを用いて最適な表示を実現する液晶層の構成
をも検討した。

【００２８】まず、本発明のうち請求項１記載の反射型
液晶表示装置において、光反射性電極を有する第１の基
板と、透明電極を有する透明な第２の基板と、前記第１
及び第２の基板間に挟持された誘電異方性が負で、かつ
電圧印加に伴いツイストするネマティック液晶層と、該
液晶層に円偏光が入射するために、前記第２の基板上に
配置された複数枚の光学位相差補償板と１枚の偏光板と
を具備した反射型液晶表示装置において、前記第１およ
び第２の基板表面は概ね垂直配向処理され、液晶の自然
ピッチをｐ、液晶層厚をｄ、液晶の複屈折率差をΔｎと
した時、０＜│ｄ／ｐ│＜１かつ２００ｎｍ≦Δｎ
＊ｄ≦１２００ｎｍが成立するように、液晶の自然ピッ
チ、液晶層厚、液晶の複屈折率差が選択されることを特
徴とする。

【００２９】このように構成することにより、電圧無印
加状態で良好な暗表示と電圧印加により明表示を実現す
ることができる。つまり、液晶層は電圧無印加状態で良
好な垂直配向し、電圧印加伏態でツイスト配向するよう
に構成できる。

【００３０】好ましくは、上記構成のうち、液晶の自然
ピッチｐと液晶層厚ｄとの関係において、１／６＜│ｄ
／ｐ│＜１を満たすように選択することにより、波長依
存性の小さな良好な表示が実現される。

【００３１】さらに、本発明のうち請求項２記載の発明
は、前記第２の基板の上に配置された複数枚の光学位相
差補償板が２枚であり、光学位相差補償板の基板法線方
向のリターデーションが１００ｎｍ以上１８０ｎｍ以下
に設定された第１の光学位相差補償板と、第１の光学位
相差補償板の上に配置され、かつ基板法線方向のリター
デーションが２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下に設定され
た第２の光学位相差補償板と、第２の光学位相差補償板
上に配置された１枚の偏光板とを具備した反射型液晶表
示装置であって、前記偏光板の透過軸（あるいは吸収
軸）と、前記第１および第２の光学位相差補償板の遅相
軸のなす角度をそれぞれθ１およびθ２とした時、３５゜≦│２×θ２−θ１│≦５５゜が成立するように、偏光板および光学位相差補償板が配
置されていることを特徴とし、このように構成すること
により、液晶層に良好な円偏光を入射することが可能と
なる。

【００３２】また、本発明のうち請求項３記載の発明
は、前記第２の基板の上に配置された複数枚の光学位相
差補償板が３枚であり、光学位相差補償板の基板法線方
向のリターデーションが１００ｎｍ以上１８０ｎｍ以下
に設定された第１の光学位相差補償板と、第１の光学位
相差補償板の上に配置され、かつ基板法線方向のリター
デーションが２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下に設定され
た第２の光学位相差補償板と、第２の光学位相差補償板
の上に配置され、かつ基板法線方向のリターデーション
が２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下に設定された第３の光
学位相差補償板と、第３の光学位相差補償板上に配置さ
れた１枚の偏光板とを具備した反射型液晶表示装置であ
って、前記偏光板の透過軸（あるいは吸収軸）と前記第
１、第２、第３の光学位相差補償板の遅相軸のなす角度
をそれぞれθ１、θ２、θ３とした時、３５゜≦│２×θ３−θ２−θ１│≦５５゜が成立するように、偏光板および光学位相差補償板が配
置されていることを特徴とし、このように構成すること
により、液晶層に、上記構成より、さらに良好な円偏光
を入射することが可能となる。

【００３３】ここで、上記構成に加え、請求項４記載の
発明のように、前記第１または第２の基板上の一方の液
晶分子が、基板に対し法線方向と０で無い角度をなす一
様な配向を有するように構成することにより、均一で良
好な表示が実現できる。

【００３４】さらなる上記目的を達成するために、本願
発明者らは鋭意検討した結果、これらの高解像度表示可
能な反射率変調方法を損なわないためには、不要な散乱
が無く、平坦な鏡面と同様に偏光に対する撹乱作用（偏
光解消作用）を持たない拡散性反射板が、拡散性の無い
鏡面性の反射板を使用して表示装置前面に散乱板を配置
した場合と比べ、格段に有効な手段であることを見出し
た。

【００３５】そこで、本発明の反射型液晶表示装置にお
いて、請求項５記載のように、前記光反射性電極の表面
がなめらかで連続的に変化する凹凸形状光反射膜を有
し、該光反射膜が前記第２の基板の透明電極を対向電極
として液晶層への電圧印加電極としても機能することを
特徴とする。

【００３６】一方、発明者らは、この凹凸形状の平均周
期が拡散性反射特性を特徴づけることを見出している。
即ち、入射光を均一に拡散させるには該平均周期は反射
板の平面内の任意の方位に関して同様に設定すればよい
が、この周期を該平面内の特定の方位に関して変更する
ことにより、特定方位からの照明光を特定の方位に反射
させる場合の反射率を大きくすることが可能である。

【００３７】すなわち、ゲストホスト方式に比べ良好な
暗状態を実現する本発明の反射型液晶表示装置におい
て、請求項６記載のように、前記光反射性電極の表面に
形成された凹凸形状が、基板平面内の方位によって、平
均凹凸周期が異なる形状であることを特徴とし、さらに
明るい液晶表示装置を実現することが可能となる。

【００３８】また、この良好な方位に拡散性反射板の明
るい方位を設定することにより、特に優れた視認性を獲
得するに至った。この拡散性反射板の明るい方位は、一
般には照明の方位と観察者の方位に依存するものの、様
々な照明条件に対して良好な配置として、請求項７記載
のように、前記第２の基板上に形成された平均凹凸周期
が異なる凹凸形状の反射膜を具備する反射型液晶表示装
置において、観察者が見る観察方位を、前記反射膜の凹
凸周期の短い方位と表示面の法線を含む平面内に定める
ことを特徴とする。

【００３９】また、上記請求項１記載の反射型液晶表示
装置においては、偏光板と２枚の光学位相差補償板を通
過した光は概ね円偏光になっているため、それらよりも
反射板側に偏光状態の変化を伴わない反射があったとし
ても、その反射光は出射時に偏光板に吸収される。その
ため、携帯機器の入力装置として有用な感圧式入力装置
（タッチパネル）の反射光が、視認性の悪化を生じさせ
ない。このように反射防止したタッチパネルと組み合わ
せる液晶表示装置として、該タッチパネルを通過した円
偏光を、位相差板や偏光板等を付加することなく、有効
に表示に利用できる本発明による反射型液晶表示装置
は、タッチパネルと組み合わせる液晶表示装置として極
めて有効であることを見出した。

【００４０】すなわち、本発明のうち請求項８記載の感
圧式入力装置一体型反射型液晶表示装置は、請求項１記
載の反射型液晶表示装置において、層状の空隙を備えて
装置外部からの押圧力を感知する機能を有する平面状感
圧素子を前記第１の光学位相差補償板と前記第２の基板
の間で挟持することを特徴とする。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に即して説明する。

【００４２】図１は本発明の反射型液晶表示装置の構成
を示す断面図である。液晶層１はラビング配向処理され
た垂直配向膜２の形成された入射側基板４と、同様にラ
ビング配向処理された垂直配向膜３の形成された反射側
基板５によって狭持されている。この基板４と５には、
それぞれ液晶層に電圧を印加するための電極６と７が形
成されている。

【００４３】また、電極７は、反射板を兼ねてもよく、
さらに、その場合は、反射光の偏光性を保存する程度に
滑らかな凹凸形状を有していてもよい。滑らかな凹凸形
状は、反射板上で、方向によって異なる凹凸周期のもの
を用いてもよい。上記構成による電極対への電圧印加手
段として、アクティブ素子等用いてもよく、電圧印加手
段に本発明が影響されないことは言うまでもない。

【００４４】このように構成された液晶表示装置の基板
４の観察者側には、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を配置し、さらに偏光板１０が配置
されている。

【００４５】以下、各光学素子の作用について説明す
る。本発明の液晶表示装置は、偏光板１０を通して、液
晶層１に外光等の照明光を入射させ、照明光の入射した
偏光板１０側から観察する反射型液晶表示装置である。
偏光板１０によって、照明光のうちの特定の方位の直線
偏光成分のみが選択的に透過入射し、その入射直線偏光
は複数枚の光学位相差補償板によって偏光状態が変化
し、円偏光となるように光学配置される。

【００４６】例えば、図１に示すような液晶表示装置の
構成において、光学位相差補償板８と光学位相差補償板
９を通過した後の入射光を、可視光波長領域で概ね円偏
光にとする。即ち、左回りまたは右回りのどちらの円偏
光になるかは、１枚の偏光板と２枚の光学位相差補償板
の光学素子の配置に依存する。そこで、図２に示すよう
に、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の位相差が、それぞれ１３５ｎｍと２７０ｎｍとな
るように配置した場合について説明する。ただし、液晶
表示装置の入射光の方位から観察した場合である。図２
において、θ１（偏光板透過軸方位１２と第１の光学位
相差補償板の遅相軸方位１３のなす角度）＝７５゜、θ
２（偏光板透過軸方位１２と第２の光学位相差補償板の
遅相軸方位１４のなす角度）＝１５゜となるように配置
した場合、液晶表示装置に入射した光は、偏光板１０と
光学位相差補償板９および光学位相差補償板８を通過し
て、入射光は可視光波長領域で概ね右回り円偏光とな
る。

【００４７】また、図３に示す３枚の光学位相差補償板
を有する液晶表示装置の構成において、第１の光学位相
差補償板８、第２の光学位相差補償板９および第３の光
学位相差補償板１１との位相差がそれぞれ、１３５ｎ
ｍ、２７０ｎｍ、２７０ｎｍとなるように配置した場合
について説明する。その設置角度は図４に示すように、
θ１（偏光板透過軸方位１２と第１の光学位相差補償板
の遅相軸方位１３のなす角度）＝１００．２゜、θ２
（偏光板透過軸方位１２と第２の光学位相差補償板の遅
相軸方位１４のなす角度）＝３４．２゜、θ３（偏光板
透過軸方位１２と第３の光学位相差補償板の遅相軸方位
１５のなす角度）＝６．５゜となるように配置した場
合、液晶表示装置に入射した光は偏光板１０と光学位相
差補相板９、光学位相差補償板８、光学位相差補償板１
１を通過して、２枚の光学位相差補償板を用いる場合よ
りも、さらに広帯域な波長で円偏光になる。

【００４８】光学位相差補償板８、光学位相差補償板９
と光学位相差補償板１1は、主にポリカーボネート製の
延伸フィルムからなり、光学位相差補償板８は波長５５
０ｎｍの面法線方向の透過光に対して１３０ｎｍから１
４０ｎｍに制御された位相差を持ち、光学位相差補償板
９と光学位相差補償板１１は同様の光に対して２６５ｎ
ｍから２７５ｎｍに制御された位相差を持つ。これらの
位相差補償板は、液晶層１と共に、傾斜方向からの観察
者による特性を考慮して設計変更も可能である。例え
ば、本実施例の設定角度を成立させつつ、傾斜方位の透
過光に対する光学位相差補償板８、９、１１に対する設
計としては、光学位相差補償板８、９、１１の少なくと
も１枚を、二軸性の光学位相差補償板に変更することで
可能である。

【００４９】液晶層に入射した入射光は、印加された電
圧に対応して配列した液晶層の複屈折にしたがって、偏
光状態を変化させて反射板に到達する。反射板上での偏
光状態は液晶配向によって異なる状態に実現される。

【００５０】まず、暗状態の動作について説明する。垂
直配向した基板間にカイラルネマティック液晶を狭持す
ると、ある条件下において、液晶分子はツイストせずに
垂直配向する。そして、液晶層の厚さをｄ、液晶の自然
ピッチをｐとすると、理論的な解析により、ｄとｐが式
（１）を満足する場合、垂直配向性を示すことが解って
いる。液晶のピッチには左回りと右回りがあり、ここで
は左回りを−、右回りを＋の符号で表す。従って、ｄ／
ｐの値は、正負両方の場合が有り得るので、以下のよう
に絶対値で表すことにする。

【００５１】 │ｄ／ｐ│＜Ｋ３／（２＊Ｋ２）・・・（１）ここで、Ｋ２、Ｋ３はフランクの弾性定数である。液晶
材料のＫ２およびＫ３の物性値から判断すると、Ｋ３／
Ｋ２は一般的に２付近の値をとることが知られているの
で、結局、│ｄ／ｐ│＜１を満たす必要がある。

【００５２】上記式（１）を満足した場合、液晶分子は
垂直配向するので、装置の法線方向に進む光に対して複
屈折を持たない。そのため、円偏光をこの液晶層に入射
すると、その入射光は液晶層での偏光状態の変化はな
く、反射板に到達する。反射板では、逆回りの円偏光と
なり、偏光板で遮光されるため、暗状態が実現する。こ
の暗状態を可視波長領域全域で、成立させた場合に黒表
示が実現する。

【００５３】また明状態を実現するには、電圧印加によ
り、ツイストする液晶層が必要であることが解った。

【００５４】そして、上記円偏光状態を、実質的に可視
波長領域で実現するために、本発明者らは次のような条
件が必要であることを鋭意検討の結果、見出した。すな
わち、光学位相差補償板８は、主たる可視光波長域であ
る４００ｎｍから７００ｎｍの光に対して、１／４波長
だけの位相差を与えることの出来る位相差、すなわち、
リターデーションで１００ｎｍから１８０ｎｍを有する
ものであって、光学位相差補償板９は、同様の範囲の可
視光波長域に対して、１／２波長だけの位相差を与える
ことの出来る位相差、すなわち、リターデーションで２
００ｎｍから３６０ｎｍを有するものであって、図２に
示す偏光板と光学位相差補償板の配置において、３５゜≦｜２×θ２―θ１｜≦５５゜・・・（２）の条件を満たせば良い。この条件を満たす範囲でθ１、
θ２の各値を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２枚の複屈
折の波長分散の組み合わせによって決定するのが望まし
い。

【００５５】電圧無印加状態の時、垂直配向した液晶層
の複屈折量はほぼ０となり、液晶層の作製精度に大きく
は依存しないため、液晶層の作製・製造が容易である。

【００５６】さらに図４に示す３枚の光学位相差補償板
の配置で、前記偏光板の透過軸（あるいは吸収軸）と前
記第１、第２、第３の光学位相差補償板の遅相軸のなす
角度をそれぞれθ１、θ２、θ３とするとき、３５゜≦｜２×θ３−θ２＋θ１｜≦５５゜・・・（３）の条件を満足するように設定された場合、２枚の光学位
相差補償板を用いた場合よりも広波長範囲で、円偏光が
得られることを見出した。

【００５７】次に、表示動作について説明する。式
（２）あるいは式（３）のように設定された光学位相差
補償板によって、円偏光となった入射光を、反射板上で
直線偏光にする事によって明状態が実現するが、この時
の直線偏光の光電界の方位は、反射板平面内で任意であ
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、あるいはすべて同じ方位の
直線偏光になっていても、同様に明るい明状態が実現す
る。

【００５８】特に、前記暗状態を実現するために概ね円
偏光にした液晶層への入射光を、可視波長範囲で任意の
方位の直線偏光にするような液晶層の光学的作用を実現
することが重要である。また、本願では、液晶層として
誘電率異方性が負のものを用いているので、電圧印加に
伴い、液晶分子は基板に対して平行に配向するようにな
る。この場合、前述したように液晶にカイラル性を付与
しているので、完全な垂直配向でなく、数度のプレチル
トを形成することも可能である。

【００５９】本発明による反射型液晶表示装置は、上記
のようなしくみでスイッチングされるので、ある決まっ
た液晶表示装置の光学配置を評価するためには、液晶層
への円偏光の入射に対して、反射板上での偏光状態を評
価することで十分であることがわかった。そこで、発明
者らは次のような評価関数を見いだした。

【００６０】ここで、偏光状態を解析するにあたり、光
電界の進行方向に垂直な２成分をベクトルで記述し、伝
播媒体を２×２の行列で記述するＪｏｎｅｓマトリクス
法による形式による形式で記載する。

【００６１】任意の振動方位の直線偏光は右回り、左回
りの同一の振幅の円偏光の一次結合で記述できる。振幅
が異なる場合は一般には楕円偏光になり、右または左の
どちらか一方の円偏光の成分のみときに円偏光になる。
このため、液晶からの出射光の左右の円偏光の成分（一
般には複素数）の絶対値を求め、その値が左右で等しけ
れば直線、異なっていれは楕円（円も含む）となる。

【００６２】このため、液晶のＪｏｎｅｓマトリクスを
Ｍ、入射する（規格化された振幅）円偏光をたとえば右
回りに選んで、それを＋のサフィックスで表し、Ｃ＋と
すると（Ｃ−は左回りとする）、評価関数（Ｆｉｇｕｒ
ｅｏｆＭｅｒｉｔ）として適当なのは、

【００６３】

【数１】

【００６４】ただし、Ｓ３は液晶層に円偏光を入射させ
て出射した光の規格化したストークスパラメータの関数
である。

【００６５】本発明における以下の説明では、これを評
価関数とする。式（４）は、液晶から出射した偏光（Ｍ
Ｃ＋）のＣ＋成分とＣ−成分の内積をとることによって
求め、その複素数の絶対値の２乗（つまり振幅）の差を
評価し、これらが等しい場合（つまり、直線偏光が出射
される場合）には、右辺第二項が０になり、ＦＯＭ＝１
となる。また、ＦＯＭ＝０となるのは、右辺第二項が１
となり円偏光が出射する場合である。

【００６６】液晶層は電圧無印加状態で垂直配向するの
で、この場合には円偏光入射すると、反射は必然的に円
偏光となり、良好な暗表示が実現される。一方、電圧印
加状態にて明表示を実現するには、円偏光入射して液晶
層を通過後、直線偏光に変換され、出射される必要があ
る。この条件を満たす液晶層は印加電圧、液晶層のツイ
スト角、リターデーションなどにより、数々の条件が存
在する。

【００６７】そこで、本願発明者らは、鋭意検討の結
果、印加電圧、ツイスト角、リターデーションの相関関
係を調べ、最適な条件を見いだした。すなわち、液晶の
上下基板間のツイスト角（横軸）とΔｎ＊ｄ（リターデ
ーション）の空間で、式（４）のＦＯＭの値を、０〜１
の間で０．１毎に区切ってプロットした結果を、図５乃
至図８に示す。該図では、印加電圧２．５Ｖ、３．０
Ｖ、３．５Ｖ、４．０Ｖの各々における上記評価関数Ｆ
ＯＭを、可視光の中心波長である５５０ｎｍの光に対す
る結果として表記している。

【００６８】図５乃至図８の０〜０．１の範囲は、入射
した円偏光が液晶層通過後に円偏光となり、明表示が実
現できない。一方、図５乃至図８の０．９〜１．０の範
囲では、入射した円偏光が液晶層通過後に直線偏光とな
り、良好な明状態を実現できることを示す。

【００６９】また、印加電圧２．５Ｖ、３．０Ｖ、３．
５Ｖ、４．０Ｖと変化させると、最適な条件が変化する
こともわかる。これは、ドライバーの駆動電圧や駆動方
式を考慮して、自由に設定できる。例えば、単純マトリ
ックス駆動のように、急峻性が要求される場合には、よ
り低電圧の条件に設定すれば良い。アクティブマトリッ
クス駆動する場合には、階調特性が良好になるように駆
動電圧を調整できる。

【００７０】ただ、上記図５乃至図８に示したのは一例
であり、液晶材料物性（誘電率異方性、弾性定数）やチ
ルト角の大きさにより、最適条件は若干シフトすること
を確認している。そのため、用いる液晶や配向膜の種類
により、最適な条件に設定する必要がある。

【００７１】ここで、基準とした緑（５５０ｎｍ）色以
外の他の色について、同様にＦＯＭをプロットすると、
この図の横軸（ツイスト角）を変えずに、Δｎ＊ｄの軸
を伸縮させたものがプロットできることを確認してい
る。つまり、ＦＯＭの値が大きい曲線状の「峰」の領域
（図中、網掛にて示す）のうち、別の波長の光に関して
も同様に大きな「峰」が得られる領域では、緑以外の波
長の光に対しても良好な条件となることを意味する。こ
のため、ＦＯＭの「峰」が図の縦軸方位に伸びていると
ころ、つまりΔｎ＊ｄ依存性が小さいところを用いる
と、表示の波長依存性が少なく、色付きの無い良好な白
表示が実現でき、望ましいことが判った。このように、
本発明者らは限られた条件を満たした場合にのみ、良好
な表示を示すことを見出した。

【００７２】本発明者らは、明状態の作用を実用上十分
な範囲、つまり、可視波長域での十分な明度が確保で
き、かつ、容易かつ高歩留まりに製造可能な液晶表示装
置にあわせた液晶組成物の開発が可能な範囲を見出し
た。その具体的条件は、液晶の自然ピッチをｐ、液晶層
厚をｄとした場合に、│ｄ／ｐ│≦１であり、液晶層の
Δｎ＊ｄが２００ｎｍから１２００ｎｍである。さらに
好ましくは、１／６＜│ｄ／ｐ│＜１の条件を満たし、
液晶層のリターデーション（Δｎ＊ｄ）値が３００ｎｍ
から８００ｎｍの範囲である。

【００７３】また、電気光学効果に急峻性が要求される
単純マトリックス駆動を考慮した場合には、ツイスト角
は１２０度から１７０度、かつ、液晶層のリターデーシ
ョン（Δｎ＊ｄ）が５００ｎｍから１２００ｎｍの範囲
が最適である。これらの好適な条件は、たとえば液晶層
の厚みを４．５μｍ以上に設定する液晶表示装置の作製
条件を用いても、液晶のΔｎは０．０７程度の実用的な
液晶材料によって実現可能であり、高い実用性の液晶表
示装置が製造できる。

【００７４】以下、本発明の上記条件による実施形態を
以下に示すが、本発明の範囲がこれら実施形態に限定さ
れるものではない。＜実施形態１＞実施形態１として、上下の基板の間で、
液晶の配向処理方向のなす角度が１１０度に成るように
ラビング処理を行った反射型液晶表示装置を示す。液晶
層のリターデーションを３５０ｎｍに設定し、１３５ｎ
ｍと２７０ｎｍの光学位相差補償板を１枚ずつ用いた例
である。

【００７５】図１に示す反射型液晶表示装置を、一般的
な作製工程により作製した。基板５上の電極７は、アル
ミニウムを用い、光反射性電極とした。電極７は反射膜
と電極の機能を兼ね備えている。液晶層厚は４．７μｍ
になるよう調整され、上下基板の間の配向処理方向のな
す角度が、１１０度になるようにラビング配向方向を設
定する。配向膜にはポリイミド系の垂直配向膜を用い、
ラビングすることによりチルト角を形成した。なお、チ
ルト角は法線方向から２度傾斜している。本実施例で
は、上下の基板ともラビング処理したが、一方の基板の
処理のみで、均一な配向が得られることを確認してい
る。さらに、両方の基板ともラビング処理しない場合に
も配向するが、配向の均一性は劣る。

【００７６】本発明に使用できる配向膜は、液晶層に含
まれる液晶分子を絶縁性基板に対して垂直に配向させう
る膜、即ち垂直配向膜である。垂直配向膜は前記性質を
有するものであれば公知のものをいずれも使用すること
ができる。例えば、長鎖アルキル基がポリイミド骨格に
結合した構造を有する材料が挙げられ、具体的にはＪＡ
ＬＳ−２０３（日本合成ゴム社製）、ＳＥ−７５１１Ｌ
（日産化学社製）等のポリイミド系樹脂などを挙げるこ
とができる。

【００７７】配向膜の厚さは、０．０５〜０．１μｍ程
度である。配向膜の形成方法としては、例えば、ポリマ
ーを溶かした溶液をスピンナー塗布法、浸漬塗布法、ス
クリーン印刷法、ロール印刷法等で塗布し、乾燥させて
形成する方法が挙げられる。また、ポリマーの前駆体溶
液を、前記と同様の方法により塗布し、所定の硬化条件
（加熱、光照射等）で硬化させて形成する方法も使用す
ることができる。更に、ラングミュアーブロジェット法
で形成することも可能である。

【００７８】液晶層に使用できる液晶としては、負の誘
電異方性（ｎ型）を有するネマティック液晶なら特に限
定されない。例えば、ＺＬＩ―２８５７、ＺＬＩ−４７
８８、ＺＬＩ−４７８８−０００（メルクジャパン社
製）等を挙げることができる。また、液晶層の厚さは、
３〜１２μｍが好ましい。

【００７９】カイラルドーパントを液晶に添加すること
により、液晶層のピッチを所望の値に調整することがで
きる。カイラルドーパントとしては、公知のものをいず
れも使用することができ、例えばＳ−８１１（メルクジ
ャパン社製）、コレステリルナノエート等を挙げること
ができる。なお、液晶電気光学装置の使用温度範囲が広
範囲になる場合は、ヘリカルツイスティングパワーの温
度依存性が正負逆のカイラルドーパントを使用してもよ
い。このようなカイラルドーパントとしては、例えばＳ
−１０１１（メルクジャパン社製）等が挙げられる。本
実施形態では、液晶材料として、誘電率異方性が負であ
るメルク社のＺＬＩ―２８５７を用い、カイラルドーパ
ントとしてメルク社のＳ−８１１を添加した。ＺＬＩ―
２８５７のΔｎは０．０７４であるので、Δｎｄは３５
０ｎｍに設定した。これらの具体的設定は図９に示すよ
うに作製した。ここで、１２は偏光板の透過軸方位であ
り、１３と１４は第１及び第２の光学位相差補償板の遅
相軸方位であり、１６と１７はそれぞれ基板４と基板５
上に形成された垂直配向膜２および垂直配向膜３上の液
晶配向の方位で、液晶表示装置の入射光の方位から観察
した場合である。尚、入射側の液晶分子と偏光板の為す
角度は本実施形態では３０度に設定したが、液晶層には
円偏光を入射するため、特にその角度限定はなく、どの
値でも良い。

【００８０】液晶のピッチｐと液晶層厚のｄの比である
ｄ／ｐの値を０．３０に設定しているため、初期状態で
液晶分子はツイストすることなく垂直配向する。光学位
相差補償板８と９はともにポリカーボネイト製の延伸フ
ィルムからなり、８は波長５５０ｎｍの面法線方向の透
過光に対して、１３０ｎｍから１４０ｎｍに制御された
位相差を持ち、９は同様の光に対して２６５ｎｍから２
７５ｎｍに制御された位相差を持つ。これらの光学位相
差補償板の配置は、作製後の液晶表示装置の正面方位に
対する光学特性を良好にする配置であるが、液晶層と合
わせて傾斜方位からの観察による特性を考慮して設計変
更も可能である。

【００８１】たとえば、図９に示す設定角条件を成立さ
せつつ、傾斜方位への透過光に対する該光学位相補償板
の位相差を変化させる設計は、光学位相差補償板８と９
の少なくとも１枚を二軸性の光学位相差補償板に変更す
る事で可能である。あるいは、式（４）の範囲内で角度
設定を変更できることは言うまでもない。偏光板１０
は、誘電体多層膜によるＡＲ層を有する単体内部透過率
が４５％の偏光板である。

【００８２】上記の条件にて作製された液晶表示装置の
反射率の電圧依存性を示すグラフを図１０に示す。この
反射率の測定には、図１１に示すように、本実施例の反
射型液晶表示装置に電圧を印加する手段を駆動させ、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上の光反射膜からの反射光を光検出
器にて検出したものである。そして、図１０において、
反射率１００％は、光学位相差補償板を用いずに、被測
定装置と同様の偏光板のみを用いた以外は本実施形態と
同じ液晶表示装置を用い、液晶未注入の装置における反
射率である。また、反射率は、視感輝度率（Ｙ値）を用
いた。

【００８３】図９に示す結果から、３Ｖ以下の駆動電圧
で、明るさ９０％、コントラスト２０の良好な表示特性
が得られることがわかった。また、反射率の波長依存性
を測定したところ、ほぼフラットな特性が得られ、色付
きの無い良好な白黒特性が得られた。

【００８４】本実施形態では、ラビングして液晶の配向
方向を規定したが、ラビング処理を行わない垂直配向を
適用した場合、均一性は若干劣るが、同様な表示特性が
得られることを確認している。

【００８５】＜実施形態２＞実施形態２として、上下基
板の配向処理方向のなす角度を１２０度、液晶層のリタ
ーデーションを３００ｎｍ、光学位相差補償板として３
枚（１３５ｎｍ、２７０ｎｍ、２７０ｎｍ）用いた反射
型液晶表示装置について示す。

【００８６】図３に示す液晶表示装置を通常の作製工程
により作製した。基板５上の電極７はアルミニウムを用
いた光反射性電極とした。液晶表示装置は、液晶導入後
に液晶層厚が４．５μｍになるよう調整され、上下基板
の方向処理方向のなす角度が１２０度に設定され、液晶
は通常のＴＦＴ透過型液晶ディスプレイに使用されてい
る液晶と同様の液晶物性（誘電異方性、弾性、粘性、温
度特性、電圧保持特性）を有しており、Δｎのみ０．０
６６７に調整されたものを用い、液晶層厚と複屈折量の
積を３００ｎｍになるように設定した。

【００８７】３枚の光学位相差補償板はともにポリカー
ボネイト製の一軸性の延伸フィルムからなり、光学位相
差補償板８は波長５５０ｎｍの面法線方向の透過光に対
して１３０ｎｍから１４０ｎｍに制御された位相差を持
ち、光学位相差補償板９と１１は同様の光に対して２６
５ｎｍから２７５ｎｍに制御された位相差を持つ。偏光
板１０は、誘電体多層膜によるＡＲ層を有する単体内部
透過率が４５％の偏光板である。

【００８８】上記液晶表示装置の反射率は実施形態１の
ものと同様に、図１１に示す配置にて測定されたもの
で、１００％は実施形態１と同様である。以上のよう
に、作製された実施形態２の液晶表示装置の電圧反射率
特性は、明状態の明るさ９５％、コントラスト比２５の
良好な表示特性が得られ、目視観察においても良好な反
射型液晶表示装置であった。なお、コントラスト比は明
状態（印加電圧は各例ごとに最も反射率の高い電圧）の
反射率を、暗状態の反射率で除して定義した。明状態の
印加電圧は各例ごとに最も反射率の高い電圧を用い、暗
状態は、電圧無印加状態に設定した。

【００８９】上記のように、実施形態１と比較すると、
実施形態２のように３枚の位相差補償板で円偏光を作製
した方が、コントラストが向上することを確認した。

【００９０】＜実施形態３＞実施形態３として、上下の
基板の配向処理方向のなす角度が１５０度になるように
ラビング処理を行い、液晶層のリターデーションが９４
０ｎｍであり、１３５ｎｍと２７０ｎｍの光学位相差補
償板を１枚ずつ用いたものを示す。

【００９１】液晶としては、誘電率異方性が負のネマテ
ィック液晶であるＺＬＩ４８５０（Δｎ：０．２０８、
メルクジャパン社製）にカイラル液晶としてＣＮ（コレ
ステリルナノエート）を添加し、カイラルピッチを１
０．８μｍに調整し、セル厚４．５μｍの液晶層として
挟持した。液晶層のリターデーションΔｎｄは１０００
ｎｍとなる。

【００９２】上記の液晶表示装置の上基板上に、図９に
示すように、実施形態２に示した２枚の光学位相差補償
板と偏光板を配置し、本発明の液晶表示装置を作製し
た。この液晶表示装置を１／４８０デューティで単純マ
トリックス駆動したところ、コントラスト１０の良好な
表示が得られた。

【００９３】本実施形態に限らず、液晶層のリターデー
ションΔｎｄが５００ｎｍから１２００ｎｍ、上下の基
板での配向方向のなす角度が８０度から１７０度の領域
では電気光学特性の急峻性が高く、単純マトリックス駆
動が可能であることを確認している。

【００９４】＜実施形態４＞実施形態４として、アクテ
ィブマトリクス方式による駆動方式と滑らかな凹凸形状
を有する反射板を用いたものを示す。図１２は本実施形
態による液晶表示装置の構成断面図である。

【００９５】液晶表示装置１８は、第１の基板５と透明
なガラスによる第２の基板４を備え、第１の基板５上に
はアクティブ素子としてＴＦＴ素子１９が各画素に形成
されている。ＴＦＴ素子１９や駆動用配線（不図示）上
には層間絶縁膜２０が形成され、ＴＦＴ素子１９のドレ
イン端子（不図示）と反射性画素電極２１とはコンタク
トホールを介して電気的に接続される。画素電極２１上
には、配向膜３が１００ｎｍ厚だけ形成されている。

【００９６】ここで、反射性画素電極２１は、たとえば
アルミニウム、ニッケル、クロム、銀や、それを用いた
合金などの金属材料が使用でき、光の反射性を有する反
射性金属膜として作用させる。反射性画素電極２１の形
状は、コンタクトホールの部分を除くと滑らかな凹凸形
状を有しており、金属反射面が鏡面になることを防止し
ている。この際に凹凸形状の上でも垂直配向は実現され
ており、凹凸形状の配向への影響は問題ないことは確認
されている。

【００９７】次に、その形成方法についてさらに詳細に
説明する。前記ＴＦＴ素子１９および駆動用配線（不図
示）を形成した基板５に、感光性樹脂材料からなる大突
起２２および小突起２３をそれぞれ多数形成した。大突
起２２および小突起２３は底部直径Ｄ１、Ｄ２の円形の
パターンをフォトリソグラフィーの技術によって多数形
成した。Ｄ１、Ｄ２は、それぞれ例えば５μｍと３μｍ
に設定されている。また、これらの間隔Ｄ３は少なくと
も２μｍ以上に設定されている。これらの突起の高さは
感光性樹脂材料の形成時の膜厚により制御でき、たとえ
ば１．５μｍに作製し、その後の露光工程、焼成工程に
より、なだらかな突起に形成した。

【００９８】前記突起２２、２３を被覆し、これら突起
２２、２３の間の平坦部を埋めるべく、同様の感光性樹
脂材料で平滑化膜２４を形成した。平滑化膜２４の表面
は、突起２２、２３の影響を受けて、滑らかな曲面状に
形成され、目的の形状が得られた。なお、前記コンタク
トホール部には突起および平滑化膜のどちらも形成され
ないように作製している。

【００９９】以上のような構造を持ったＴＦＴ素子基板
２５により、画素電極が反射板を兼務して液晶層の近く
に配置されて視差の生じることのない、しかも、液晶層
を通過し反射性画素電極２１によって反射される光がＴ
ＦＴ素子１９や素子駆動用配線（不図示）部分のために
損なわれることのない、いわゆる開口率の高い明るい反
射型液晶表示装置を実現可能とした。

【０１００】一方、前記ＴＦＴ素子基板２５とともに用
いるもう一方の基板には、反射方式に合わせて高明度化
されたカラーフィルタ２６を配置した。このカラーフィ
ルタには、各画素間に色の混合を防止し、画素電極間の
電圧未印加部や電界乱れに伴う暗表示での反射光のもれ
を防止するブラックマトリックス２７を配している。ブ
ラックマトリックス２７に入射する光は、ここで既に概
ね円偏光になっており、ブラックマトリックス２７によ
る反射光は、出射時に再度光学位相差補償板の作用を受
け偏光板に吸収されるため、低コストの金属膜等を用い
てもブラックマトリクス２７が反射光を生じて視認性を
悪化させることはなかったが、さらに低反射処理を行う
とより高コントラストな表示に好適であるであることは
言うまでもない。

【０１０１】このカラーフィルタ上に、透明電極６とし
てＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をスパッ
タリングによって形成し、１４０ｎｍ厚の所望のパター
ンを有する画素電極２１の対向電極６を形成し、さらに
配向膜２を形成し、カラーフィルタ基板２６とした。な
お、透明電極６が１４０ｎｍ厚以外の厚さであっても、
入射光が透明電極６の膜厚の干渉効果で液晶層１に到達
することなく反射する光は、光学位相差補償板８と９と
偏光板１０によって吸収されるため、暗状態には影響な
く、視認性を損なわない。

【０１０２】また、カラーフィルタ２７は、偏光板を利
用した高コントラスト表示モードに適した明度になるよ
うに適正に設計され、ブラックマトリックスの開口率が
９０％の場合に、カラーフィルタ基板２８の透過率はＹ
値で５０％であった。

【０１０３】このように準備されたＴＦＴ素子基板２５
とカラーフィルタ基板２８に、ラビング法によって垂直
配向膜に配向処理を施し、液晶層厚保持用プラスティッ
クスペーサー（不図示）の散布、周縁部のシール配置工
程を経て、対向配置し、位置合わせのうえ加圧下にて硬
化させて封止し、液晶注入用液晶セルを準備した。そし
て、液晶層１には、誘電異方性Δεが負である液晶材料
を真空注入法にて導入した。

【０１０４】次に、液晶表示装置の方位について詳述す
る。以下、装置に正対する観察者の上下左右方向を時計
の文字盤の向きで、上方位を１２時方位として記載す
る。前記カラーフィルタ基板２８の液晶層１と反対側に
は、ポリカーボネイト製の延伸フィルムからなる光学位
相補償板８と９が設けられ、さらにその上には、偏光板
１０が配置されている。すなわち、図９に示すように、
２枚の光学位相差補償板１３と１４と、偏光板１２を配
置し、本発明の液晶表示装置を作製した。

【０１０５】カラーフィルタ基板２８上の配向膜の配向
処理方位１６は装置の３時方位になるように作製してい
る。液晶層は液晶導入後に４．０〜５．０μｍの層厚に
なるよう調整された液晶層を用い、液晶はΔｎが０．０
７付近のものを用い、液晶層厚と複屈折量の積を概ね３
５０ｎｍになるように設定した。液晶層の層厚は、反射
性画素電極２１の凹凸形状のため、位置によって異なる
値をもつ。さらに、液晶表示パネルの周囲に駆動用回路
を実装し、液晶表示装置とした。

【０１０６】本実施形態の反射型液晶表示装置では、反
射性画素電極２１が液晶層の近くに配置されているの
で、視差がなく、良好な高解像度表示が実現した。反射
光は、反射性電極に付与した凹凸形状のため、観察者の
顔が写り込むことがなく、良好な白表示を実現し、散乱
性を有するものが液晶表示装置の前面に配置されないた
め、良好な暗状態を示し、それらのため、高コントラス
ト比の表示が得られた。標準白色板に対する明状態の明
るさは３０％、コントラストは１５を確認している。視
野角特性にも優れ、表示の反転は見られなかった。

【０１０７】また、高明度のカラーフィルタを使用した
ため、偏光板を利用した表示であっても十分な明度が確
保でき、暗状態の反射率が低いために、この暗状態に選
択された色要素による反射光が、明状態に選択された色
要素の反射光に影響して色純度が悪化するということが
無く、高明度のカラーフィルタで彩度が低いにもかかわ
らず、カラーフィルタ２６の色再現範囲を損なうことの
ない良好な色再現性であった。

【０１０８】また、各画素に印加される電圧が、暗状態
と明状態との中間状態に設定されることによって、中間
調の再現にも問題無く、従って、カラーフィルタの各色
の中間色彩の表現にも問題無かった。また、実際の駆動
においても応答速度は動画再現に問題無いことを確認し
た。さらに、周囲環境の温度が変化した場合でも暗状態
の反射率は変わらず、良好な温度特性を示した。

【０１０９】以上のように、多階調表示可能で、動画表
示の可能な、良好な色再現範囲を確保した反射型液晶表
示装置が実用的な手法によって作製された。

【０１１０】本実施形態では、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）方式による駆動を記載したが、特に限定されず、Ｍ
ＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）
を利用したアクティブマトリクス方式等を使用すること
ができる。また、ＴＦＴは、アモルファスシリコンＴＦ
Ｔ、ポリシリコンＴＦＴ、単結晶シリコンＴＦＴのいず
れも使用することができる。

【０１１１】また、実施形態３のように液晶のリターデ
ーションを大きい値に設定すれば、凹凸反射板を用いた
場合でも単純マトリックス駆動が可能であった。このよ
うになめらかな凹凸上でも垂直配向性は良好であり、ラ
ビングしても均一な配向性を確認している。また、凹凸
基板側では特にラビング処理をしなくても、良好な配向
性を確認している。

【０１１２】＜実施形態５＞実施形態５として、面内に
異方性を有するような凹凸反射板を作製することによっ
て明度の向上を図り、さらにその明度の高い方位に液晶
変調層の傾斜視角の良好な方位を向けたものを示す。実
施形態４の液晶表示装置において作製した凹凸形状を異
なるパターンで、かつ、反射性電極の形成された平面内
の方位によって異なるように作製した。例えば、図１３
に示すように、凹凸形状は円形ではなく楕円形のものを
作製した。

【０１１３】そして、この凹凸反射板のみの反射特性を
図１４のような光学測定配置で、つまり、照明光を３０
°傾斜方位から入射させ、反射板面の法線方位に向かう
反射光強度を、その光源を回転させ反射の異方性を測定
した。

【０１１４】その結果、図１５に示すような反射特性が
得られた。即ち、特定の方位からの光を効率よく液晶表
示装置正面に向けていることが確認された。ただし、液
晶材料の屈折率が空気とは大きく異なっていることを考
慮し、測定に際しては反射板面に屈折率１．５３のイン
マージョンオイル（マッチングオイル）を滴下し、その
上から透明なガラス板を貼付して測定している。また、
測定値は、１００％がＭｇＯの標準拡散板（標準白色
板）を同様に測定した場合の値になるよう換算した。曲
線１は本実施形態の異方性拡散性反射板の測定換算値で
あり、曲線２は実施形態４で用いた拡散性反射板の同様
の測定換算値である。

【０１１５】この結果、図１３に示す凹凸形状の平均周
期の長いＸの方位と平均周期の短いＹの方位に明度の差
がある事を見出した。楕円形以外の形状においても同様
の検討の結果、凹凸形状の平均周期が短い方位より照明
した場合に、反射光明度が高くなるという関係は変わら
なかった。

【０１１６】配向処理方位と、偏光板および光学位相差
補償板の貼付方位は、図９と同様になるように、液晶表
示装置を作製した。このような凹凸形状の反射板を持つ
反射型液晶表示装置を、反射板作製の凹凸形状パターン
作製工程以外は実施形態３と同様に作製した。そして、
この液晶表示装置を目視観察したところ、正面方向の観
察者にとって明度の高い表示が実現され、異方性凹凸の
明度向上効果が発現した。この時、反射明度が高いの
は、１２時方位と６時方位から照明光が入射した場合で
あった。さらに、正面方位から照明し、傾斜方位からの
観察においても、同様に１２時方位と、６時方位で明度
が高かった。

【０１１７】なお、本発明の液晶表示装置の主たる使用
環境にあわせて本実施形態で用いた異方性凹凸形状の方
位を他の方位に設定することも可能である。

【０１１８】＜実施形態６＞実施形態６として、本発明
の反射型液晶表示装置の主な利用分野である携帯機器に
おける情報入力手段としてのタッチパネル（感圧式入力
装置）を用いた場合の実施形態について説明する。図１
６にタッチパネル３３の構成概略図を示す。タッチパネ
ル３３は可動基板２９および支持基板３０ともに複屈折
を持たないものを用いている。ここで、３１と３２は、
押圧位置検出用透明電極である。

【０１１９】タッチパネルを用いた第１の構成例（以
下、構成例６１と称す）として、図１６に示す断面構造
を有するタッチパネル３３を実施形態３の液晶表示装置
の前面に配置したものを、図１７に示す。

【０１２０】タッチパネルを用いた第２の構成例（以
下、構成例６２と称す）として、図１６に示す断面構造
を有するタッチパネル３３の可動基板２７上に光学位相
差補償板８と９と偏光板１０を貼付し、これを偏光板お
よび光学位相差補償板の貼付されていない実施形態３と
同様の液晶表示装置の前面に配置したものを図１８に示
す。

【０１２１】この時、液晶層の配向と偏光板、光学位相
差補償板の配置は、図９に記載したように配置し、タッ
チパネル以外の構成は同様であった。また、タッチパネ
ルの支持基板３０と液晶表示装置の基板４の間隙を一定
に保つことによって押圧力伝達防止効果を持たせるべ
く、空隙３４を設け、押圧力緩衝部材を用いることなく
軽量にタッチパネルへの押圧力が基板４に伝わらないよ
う構成した。

【０１２２】タッチパネルは、構成例６１と構成例６２
を比較したところ、構成例６１ではタッチパネルでの反
射光成分は直接観察されて大きく視認性を劣化させた。
この反射光は、押圧位置検出用透明電極２９と３０に狭
持された空隙によるものだけだはなく、タッチパネル支
持基板３０と偏光板１０に狭持された空隙によっても生
じていた。

【０１２３】一方、構成例６２では、その反射光成分は
まったく観察されず、タッチパネルを用いない場合と同
様の非常に良好な表示を示した。タッチパネルの押圧位
置検出用透明電極３１と３２に狭持された空隙によるも
のも観察されず、さらに押圧力伝達防止用空隙３４とタ
ッチパネル支持基板３０、および液晶表示装置の基板４
の界面による反射も観察されず、押圧力緩衝部材が不要
で軽量な、かつ、表示装置が入力装置の反射防止手段に
よるところの円偏光状態を有効に表示に利用できる、入
力装置一体型反射型液晶表示装置が作製できた。

【０１２４】さらに、図示してはいないが、構成例６２
のタッチパネルの可動基板２９を省略し、光学位相差補
償板８の液晶層側に透明電極３１を直接配置して、より
簡便かつ軽量な構成も可能であった。

【０１２５】以上述べた実施形態では光学位相差補償板
として、一軸性の延伸フィルムを用いたが、二軸性、す
なわち三次元的に屈折率を制御できる位相差フィルムや
液晶ポリマーから作製した位相差フィルムが適用でき、
この場合には視野角が拡大できること確認している。

【０１２６】

【発明の効果】上述したように、本発明による液晶表示
装置では、反射率が高く、かつ、コントラストが高い反
射型液晶表示装置を得ることができた。さらに、反射板
の反射膜形成面を透明基板の液晶層側に設置することが
でき、良好な暗状態を実現できる。よって、視差のな
い、高コントラストの高精細で動画表示が可能である。
液晶層がツイストしているため、視野角特性に優れてい
る。

【０１２７】また、本装置に高明度に調整されたカラー
フィルタを用いれば、良好な色再現性を有した表示品位
の高いカラー反射型液晶表示装置を実現することができ
る。また、本発明の反射型液晶表示装置にタッチパネル
を付加する場合に、偏光板と位相差板を用いて反射防止
手段を施されたタッチパネルの偏光状態を有効に利用可
能な高品位の入力装置一体型液晶表示装置が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の反射型液晶表示装置の構造断面図
である。

【図２】実施形態１の反射型液晶表示装置の偏光板と光
学位相差補償板の設定方位を示す平面図である。

【図３】実施形態２の光学位相差補償板を３枚用いた反
射型液晶表示装置の構造断面図である。

【図４】実施形態２の反射型液晶表示装置の偏光板と３
枚の光学位相差補償板の設定方位を示す平面図である。

【図５】評価関数（ＦＯＭ）による、電圧２．５Ｖにお
けるリターデーションとツイスト角の関係図である。

【図６】評価関数（ＦＯＭ）による、電圧３．０Ｖにお
けるリターデーションとツイスト角の関係図である。

【図７】評価関数（ＦＯＭ）による、電圧３．５Ｖにお
けるリターデーションとツイスト角の関係図である。

【図８】評価関数（ＦＯＭ）による、電圧４．０Ｖにお
けるリターデーションとツイスト角の関係図である。

【図９】光学位相差補償板を２枚用いた時の偏光板と光
学位相差補償板の設定方位を示す平面図である。

【図１０】実施形態１と実施形態２の反射型液晶表示装
置における反射率と印加電圧の関係図である。

【図１１】実施形態１と実施形態２の反射型液晶表示装
置における反射率測定のための光学系配置図である。

【図１２】実施形態４のアクティブマトリクスを組み合
わせた反射型液晶表示装置の構造断面図である。

【図１３】実施形態５の異方性凹凸反射板の構造を示す
平面図である。

【図１４】実施形態５の異方性凹凸反射板のみの反射特
性を測定のための光学系配置図である。

【図１５】実施形態３と異方性凹凸反射板を用いた実施
形態５の反射板のみの反射特性を反射光強度と照明光源
の方位角Фとで示す関係図である。

【図１６】実施形態６のタッチパネル一体型液晶表示装
置におけるタッチパネルの構造断面図である。

【図１７】実施形態６のタッチパネル一体型液晶表示装
置において、タッチパネルを液晶表示装置の前面に配置
した構成例６１の構造断面図である。

【図１８】実施形態６のタッチパネル一体型液晶表示装
置において、タッチパネルを液晶表示装置の中に埋め込
んだ構成例６２の構造断面図である。

【符号の説明】

１液晶層２、３垂直配向膜４第２の基板５第１の基板６電極７反射性電極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１１第３の光学位相差補償板１２偏光板透過軸方位１３第１の光学位相差補償板の遅相軸方位１４第２の光学位相差補償板の遅相軸方位１５第３の光学位相差補償板の遅相軸方位１６第２の基板上の液晶配向の方位（配向処理方向）１７第１の基板上の液晶配向の方位（配向処理方向）１８実施形態３に記載の反射型液晶表示装置１９ＴＦＴ素子２０層間絶縁膜２１反射性画素電極２２大突起２３小突起２４平滑化膜２５ＴＦＴ素子基板２６カラーフィルタ２７ブラックマトリックス２８カラーフィルタ基板２９タッチパネルの可動基板３０タッチパネルの支持基板３１、３２押圧位置検出用透明電極３３押圧感知入力装置（タッチパネル）３４押圧力伝達防止用空隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光反射性電極を有する第１の基板と、透
明電極を有する透明な第２の基板と、前記第１及び第２
の基板間に挟持された誘電異方性が負で、かつ電圧印加
に伴いツイストするネマティック液晶層と、該液晶層に
円偏光が入射するために、前記第２の基板上に配置され
た複数枚の光学位相差補償板と１枚の偏光板とを具備し
た反射型液晶表示装置において、前記第１および第２の
基板表面は概ね垂直配向処理され、液晶の自然ピッチを
ｐ、液晶層厚をｄ、液晶の複屈折率差をΔｎとした時、
０＜│ｄ／ｐ│＜１かつ２００ｎｍ≦Δｎ＊ｄ≦１
２００ｎｍが成立するように、液晶の自然ピッチ、液晶
層厚、液晶の複屈折率差が選択されることを特徴とする
反射型液晶表示装置。
【請求項２】前記第２の基板の上に配置された複数枚
の光学位相差補償板が２枚であり、光学位相差補償板の
基板法線方向のリターデーションが１００ｎｍ以上１８
０ｎｍ以下に設定された第１の光学位相差補償板と、第
１の光学位相差補償板の上に配置され、かつ基板法線方
向のリターデーションが２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下
に設定された第２の光学位相差補償板と、第２の光学位
相差補償板上に配置された１枚の偏光板とを具備した反
射型液晶表示装置であって、前記偏光板の透過軸（ある
いは吸収軸）と、前記第１および第２の光学位相差補償
板の遅相軸のなす角度をそれぞれθ１およびθ２とした
時、３５゜≦│２×θ２−θ１│≦５５゜が成立するように、偏光板および光学位相差補償板が配
置されていることを特徴とする請求項１記載の反射型液
晶表示装置。
【請求項３】前記第２の基板の上に配置された複数枚
の光学位相差補償板が３枚であり、光学位相差補償板の
基板法線方向のリターデーションが１００ｎｍ以上１８
０ｎｍ以下に設定された第１の光学位相差補償板と、第
１の光学位相差補償板の上に配置され、かつ基板法線方
向のリターデーションが２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下
に設定された第２の光学位相差補償板と、第２の光学位
相差補償板の上に配置され、かつ基板法線方向のリター
デーションが２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下に設定され
た第３の光学位相差補償板と、第３の光学位相差補償板
上に配置された１枚の偏光板とを具備した反射型液晶表
示装置であって、前記偏光板の透過軸（あるいは吸収
軸）と前記第１、第２、第３の光学位相差補償板の遅相
軸のなす角度をそれぞれθ１、θ２、θ３とした時、３５゜≦│２×θ３−θ２−θ１│≦５５゜が成立するように、偏光板および光学位相差補償板が配
置されていることを特徴とする請求項１記載の反射型液
晶表示装置。
【請求項４】前記第１または第２の基板上の一方の液
晶分子が、基板に対し法線方向と０で無い角度をなす一
様な配向を有していることを特徴とする請求項１乃至３
記載の反射型液晶表示装置。
【請求項５】前記光反射性電極の表面がなめらかで連
続的に変化する凹凸形状光反射膜を有し、該光反射膜が
前記第２の基板の透明電極を対向電極として液晶層への
電圧印加電極としても機能することを特徴とする請求項
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】前記光反射性電極の表面に形成された凹
凸形状が、基板平面内の方位によって、平均凹凸周期が
異なる形状であることを特徴とする請求項５記載の反射
型液晶表示装置。
【請求項７】前記第２の基板上に形成された平均凹凸
周期が異なる凹凸形状の反射膜を具備する反射型液晶表
示装置において、観察者が見る観察方位を、前記反射膜
の凹凸周期の短い方位と表示面の法線を含む平面内に定
めることを特徴とする請求項６記載の反射型液晶表示装
置。
【請求項８】請求項１記載の反射型液晶表示装置にお
いて、層状の空隙を備えて装置外部からの押圧力を感知
する機能を有する平面状感圧素子を前記第１の光学位相
差補償板と前記第２の基板の間で挟持することを特徴と
する感圧式入力装置一体型反射型液晶表示装置。