(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置された第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持された液晶セルを有する液晶装置において、
前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、前記第２基板の内面側に設けられ、所定の回転方向を持つ円偏光または楕円偏光のうちの少なくとも一部を反射させるコレステリック反射層と、前記液晶層に対して前記第１基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第１楕円偏光入射手段とを具備すると共に、
前記液晶層のツイスト角が０〜１２°、Δｎ・ｄ値が０．３７±０．０５μｍであり、前記液晶層は、前記電圧印加手段による電圧印加の制御によって入射光の円偏光または楕円偏光の回転方向を反転させることが可能とされていることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
互いに対向配置された第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持された液晶セルを有する液晶装置において、
前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、前記第２基板の内面側に設けられ、所定の回転方向を持つ円偏光または楕円偏光のうちの少なくとも一部を反射させるコレステリック反射層と、前記液晶層に対して前記第１基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第１楕円偏光入射手段とを具備すると共に、
前記液晶層のツイスト角が１３０±２０°、Δｎ・ｄ値が０．７６±０．０５μｍであり、前記液晶層は、前記電圧印加手段による電圧印加の制御によって入射光の円偏光または楕円偏光の回転方向を反転させることが可能とされていることを特徴とする液晶装置。
【請求項３】
前記第１楕円偏光入射手段が、前記液晶層に対して、前記コレステリック反射層により反射される円偏光または楕円偏光と回転方向の異なる円偏光または楕円偏光を入射させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶装置。
【請求項４】
互いに対向配置された第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持された液晶セルを有する液晶装置において、
前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、前記第２基板の内面側に設けられ、所定の回転方向を持つ円偏光または楕円偏光のうちの少なくとも一部を反射させるコレステリック反射層と、前記液晶層に対して前記第１基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第１楕円偏光入射手段とを具備すると共に、
前記液晶層のツイスト角が１５０°以上２７０°以下であり、Δｎ・ｄ値が、ツイスト角をθ（゜）とした時、下記式（１）により表され、前記液晶層は、前記電圧印加手段による電圧印加の制御によって入射光の円偏光または楕円偏光の回転方向を反転させることが可能とされていることを特徴とする液晶装置。
Δｎ・ｄ値（μｍ）＝−６．７×１０-6×θ2＋４．３×１０-3×θ＋０．３９±０．１  ・・・（１）
【請求項５】
前記第１楕円偏光入射手段が、前記液晶層に対して、前記コレステリック反射層により反射される円偏光または楕円偏光と同じ回転方向の円偏光または楕円偏光を入射させることを特徴とする請求項４に記載の液晶装置。
【請求項６】
前記コレステリック反射層が、所定の回転方向を持つ円偏光または楕円偏光を所定の割合で一部を反射および透過させる半透過反射層として機能すると共に、
前記液晶セルに対して前記第２基板側から光を入射させる照明装置と、前記液晶層に対して前記第２基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第２楕円偏光入射手段とをさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の液晶装置。
【請求項７】
前記第１楕円偏光入射手段および前記第２楕円偏光入射手段が、特定方向の偏光軸を持つ直線偏光を透過する偏光板と該偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する位相差板とを有することを特徴とする請求項６に記載の液晶装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置及び電子機器に関し、特に反射表示時のみならず、透過表示時にも十分に明るい表示が可能な、表示品質に優れた半透過反射型液晶装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶装置は、バックライト等の光源を持たないために消費電力が小さく、従来から種々の携帯電子機器などに多用されている。しかしながら、反射型液晶装置は、自然光や照明光などの外光を利用して表示するため、暗所では表示を視認するのが難しいという問題があった。そこで、明所では通常の反射型液晶装置と同様に外光を利用し、暗所では内蔵した光源により表示を視認可能にした液晶装置が提案されている。つまり、この液晶装置は、反射型と透過型を兼ね備えた表示方式を採用しており、周囲の明るさに応じて反射モードまたは透過モードのいずれかの表示方式に切り替えることにより、消費電力を低減しつつ、暗所でも明瞭な表示を行うことができるものである。以下、本明細書では、この種の液晶装置のことを「半透過反射型液晶装置」という。
【０００３】
半透過反射型液晶装置として、アルミニウム等の金属膜に光透過用の開口部を形成した反射層を下基板の内面（本明細書では、基板の液晶側の面を「内面」、それと反対側の面を「外面」という。）に備え、この反射層を半透過反射層として機能させる液晶装置が提案されている。
図１４に基づいて、この種の半透過反射層を用いた従来のパッシブマトリクス型の半透過反射型液晶装置の一例について説明する。
【０００４】
図１４に示す半透過反射型液晶装置１００は、一対の基板１０１、１０２間に液晶層１０３が挟持された液晶セルを主体として構成されている。ここで、下基板１０１の内面には、半透過反射層１０４、絶縁膜１０６、透明電極１０８、配向膜１０７が順次積層形成されており、上基板１０２の内面には、透明電極１１２、配向膜１１３が順次積層形成されている。なお、半透過反射層１０４は、ドット毎に開口部１１０を有する反射層からなり、開口部１１０が光透過部、それ以外の部分が光反射部として機能する膜である。
【０００５】
また、下基板１０１の外面には、位相差板の一つである１／４波長板１１５と、下側偏光板１１６とが順次貼着されており、上基板１０２の外面には、上側位相差板１１９と、上側偏光板１１４とが順次貼着されている。また、下側偏光板１１６の下方には、バックライトが配置されているが図示を省略している。
半透過反射型液晶装置１００は以上のように概略構成されており、かかる構成の半透過反射型液晶装置１００を反射モードで使用する際には、太陽光、照明光などの外光が、上基板１０２側から液晶セル内に入射し、液晶層１０３を透過して下基板１０１上の半透過反射層１０４の表面で反射された後、再度液晶層１０３を透過し、上基板１０２側に出射されて表示が行われる。これに対して、透過モードで使用する際には、バックライトから出射された光が、半透過反射層１０４の開口部１１０を透過した後、液晶層１０３を透過して、上基板１０２側に出射されて表示が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１４に示すような従来の半透過反射型液晶装置においては、外光の有無に関わらず表示の視認が可能であるものの、反射モードの表示に比較して、透過モードの表示の明るさがはるかに劣るという問題があった。これは、透過モードで表示を行う際には、（ａ）液晶層に入射した光のうちの略半分のみを表示に利用している点、（ｂ）下基板の外面側に１／４波長板および下側偏光板が設けられている点、（ｃ）半透過反射層の開口部を通過した光のみを利用している点等に起因する問題である。
【０００７】
このことを図１４に基づいて説明する。但し、以下の説明では、非選択電圧印加時に暗表示、選択電圧印加時に明表示を行う構成について説明する。
図１４に示す半透過反射型液晶装置１００において、非選択電圧印加時に反射モードの暗表示を行う場合、上側偏光板１１４の透過軸を紙面に平行とすれば、上基板１０２側から入射した外光のうち、紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光のみが上側偏光板１１４を透過するが、この直線偏光は上側位相差板１１９と液晶層１０３を透過する間に液晶層１０３の複屈折効果により円偏光に変換される。この円偏光は、下基板１０１上の半透過反射層１０４の表面で反射されると、回転方向の反転した円偏光となり、再び液晶層１０３と上側位相差板１１９を透過する際に、紙面に垂直な偏光軸を持つ直線偏光となって上側偏光板１１４に到達する。ここで、上側偏光板１１４は、紙面に平行な透過軸を持つ偏光板であるから、半透過反射層１０４で反射された光は、上側偏光板１１４に吸収されて、観察者側に出射されないので、暗表示となる。
【０００８】
逆に、選択電圧印加時に反射モードの明表示を行う場合には、液晶層１０３内の液晶分子が、概ね発生した縦電界に沿って配向を変化させるが、その残留位相差を上側位相差板１１９の位相差とつりあうよう設計すれば、上側偏光板１１４を透過した直線偏光が、直線偏光のまま液晶層１０３を透過し、半透過反射層１０４で反射され、上側偏光板１１４を透過して、観察者側に出射されるので、明表示となる。
【０００９】
一方、透過モードで表示を行う場合には、バックライトから出射された光が、下基板１０１側から液晶セルに入射するが、この光のうち半透過反射層１０４の開口部１１０を通過した光のみが表示に寄与する光となる。
ここで、非選択電圧印加時に暗表示を行うためには、反射モードの暗表示時と同様に、半透過反射層１０４の開口部１１０から液晶層１０３へ向かう光が円偏光である必要がある。
そのため、選択電圧印加時に明表示を行う際にも、液晶層１０３に円偏光が入射するため、液晶層１０３と上側位相差板１１９を通って円偏光が出射されるが、この円偏光のうちの半分は上側偏光板１１４で吸収されてしまうので、結果的には液晶層１０３に入射した光のうちの略半分しか表示に寄与していないことになる。このように、従来の半透過反射型液晶装置１００では、反射表示時と透過表示時とで異なる表示モードを採用せざるを得なかったため、表示機構からして透過モードでの表示が暗くなる要因を持っていた。
【００１０】
また、半透過反射層１０４の開口部１１０から上基板１０２へ向かう光を円偏光とするためには、バックライトから出射されて、半透過反射層１０４の開口部１１０を通過する光が円偏光となっている必要があるので、下側偏光板１１６を透過した後の直線偏光を円偏光に変換するための１／４波長板１１５が必要となる。１／４波長板とは、ある波長において直線偏光を円偏光に変換することが可能な位相差板である。
【００１１】
ここで、バックライトから出射された光のうち、半透過反射層１０４の開口部１１０を通過しない光に着目すると、下側偏光板１１６の透過軸を紙面に垂直とした場合、バックライトから出射された光のうち、紙面に垂直な直線偏光のみが下側偏光板１１６を透過し、１／４波長板１１５により円偏光に変換されて半透過反射層１０４に到達する。さらに半透過反射層１０４の下面で反射されると、回転方向の反転した円偏光となり、再び１／４波長板１１５を透過する際に、紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光に変換される。この直線偏光は、紙面に垂直な透過軸を持つ下側偏光板１１６によって吸収される。つまり、バックライトから出射された光のうち、半透過反射層１０４の開口部１１０を通過しなかった光は半透過反射層１０４の下面で反射された後、下側偏光板１１６によってほぼ全てが吸収されてしまう。
【００１２】
このように、半透過反射型液晶装置１００においては、透過モードで表示を行う際に、液晶層１０３に入射した光のうちの略半分しか表示に寄与していないことに加えて、半透過反射層１０４の開口部１１０を通過せずに半透過反射層１０４で反射された光はほぼ全て下側偏光板１１６に吸収されてしまうため、透過モードの表示が暗くなっていた。
なお、半透過反射層１０４の開口率を大きくすれば、透過モードの表示を明るくすることができるが、開口率を大きくすると半透過反射層１０４の光反射部の面積が減少するので、反射モードの表示が暗くなってしまう。したがって、反射モードの明るさを確保するためには、半透過反射層１０４の開口率はある程度以上に大きくすることはできず、透過モードの明るさを向上させるには限界があった。
【００１３】
そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、反射モードの表示の明るさを維持しながら、透過モードの表示の明るさを向上させることができ、視認性に優れた半透過反射型液晶装置、及びこの液晶装置を備えた電子機器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、反射型液晶装置において近年提案されているコレステリック反射層を用いて半透過反射型液晶装置を構成し、液晶層に楕円偏光を入射させて表示を行うことにより、透過モードの表示の明るさを向上できることを見出した。
なお、「コレステリック反射層」は、少なくとも１層のコレステリック液晶層により構成された層のことを意味している。また、コレステリック液晶層は、波長がコレステリック液晶層を構成する液晶分子のらせんピッチにその屈折率を乗じた値と等しく、かつ、らせんの巻き方向と同じ回転方向の円偏光を選択的に反射し、波長がコレステリック液晶層を構成する液晶分子のらせんピッチにその屈折率を乗じた値と等しくない光、および波長が液晶分子のらせんピッチにその屈折率を乗じた値と等しくても、らせんの巻き方向と逆の回転方向を持つ円偏光を透過する性質を有する。したがって、例えば、少なくとも、同じ回転方向を持つ赤、緑、青の円偏光を各々選択反射する３種類のコレステリック液晶層を積層形成することにより、特定の回転方向を持つ可視光のほぼ全域（白色）の円偏光を選択反射するコレステリック反射層が得られる。
【００１５】
また、このように液晶層に楕円偏光を入射させて表示を行う場合には、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性を最適化するために、液晶層に直線偏光を入射させて表示を行うＴＮ(Twisted Nematic)モードやＳＴＮ(Super Twisted Nematic)モード等とは異なる液晶モードが必要になる。そこで、本発明者は種々検討を行った結果、反射モード、透過モードの双方において、最適な表示特性が得られる液晶モードを見出した。また、この液晶モードは、コレステリック反射層を用い、液晶層に楕円偏光を入射させて表示を行う反射型液晶装置にも適用可能であることを見出した。
【００１６】
本発明者は、以上の点に着目して、以下の液晶装置を発明するに到った。なお、本発明の液晶装置は、半透過反射型液晶装置として特に好適なものであるが、反射型液晶装置にも適用可能なものである。
本発明の第１の液晶装置は、互いに対向配置された第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持された液晶セルを有する液晶装置において、前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、前記第２基板の内面側に設けられ、所定の回転方向を持つ円偏光または楕円偏光のうちの少なくとも一部を反射させるコレステリック反射層と、前記液晶層に対して前記第１基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第１楕円偏光入射手段とを具備すると共に、前記液晶層のツイスト角が０〜１２°、Δｎ・ｄ値が０．３７±０．０５μｍであり、前記液晶層は、前記電圧印加手段による電圧印加の制御によって入射光の円偏光または楕円偏光の回転方向を反転させることが可能とされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の液晶装置は、互いに対向配置された第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持された液晶セルを有する液晶装置において、前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、前記第２基板の内面側に設けられ、所定の回転方向を持つ円偏光または楕円偏光のうちの少なくとも一部を反射させるコレステリック反射層と、前記液晶層に対して前記第１基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第１楕円偏光入射手段とを具備すると共に、前記液晶層のツイスト角が１３０±２０°、Δｎ・ｄ値が０．７６±０．０５μｍであり、前記液晶層は、前記電圧印加手段による電圧印加の制御によって入射光の円偏光または楕円偏光の回転方向を反転させることが可能とされていることを特徴とする。
【００１８】
なお、本明細書において、「Δｎ・ｄ値」とは、液晶の異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏの差であるΔｎ値と、液晶層のセル厚ｄ値との積を意味しているものとする。また、「非選択電圧印加時」、「選択電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧近傍である時」、「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧に比べて十分高い時」を意味しているものとする。
【００１９】
このように、本発明の第１、第２の液晶装置では、下基板の内面にコレステリック反射層を備え、液晶層に楕円偏光を入射させて表示を行う構成を採用している。また、液晶層が、非選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を反転させ、選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成されており、このことを利用して表示が行われるようになっている。
【００２０】
本発明者は、かかる構成とすることにより、本発明の第１、第２の液晶装置を半透過反射型液晶装置に適用した際に、反射表示時と透過表示時で表示モードを同じにすることができ、表示機構的に透過モードの表示が暗くならないようにできることを見出した。また、コレステリック反射層の選択反射により下基板側に反射された光は、下基板の外面側の構成を従来と同じにしたままで再利用することができるので、透過モードの表示の明るさを向上できることを見出した。その結果、反射モードの表示の明るさを維持しながら、透過モードの表示の明るさを向上させることができ、視認性に優れた半透過反射型液晶装置を実現することができることを見出した。なお、本発明の第１、第２の液晶装置の表示機構、及びかかる効果が得られる理由については、「発明の実施の形態」の項において詳述する。
【００２１】
ここで、非選択電圧印加時に、液晶分子の長軸が基板面に対して完全に水平になると仮定した場合には、液晶層のΔｎ・ｄ値がλ／２（但し、λは液晶層に入射する光の波長）の奇数倍の時に、液晶層に入射した楕円偏光の回転方向を、液晶層から出射させる際に反転させることができる。これに対して、選択電圧印加時には、液晶層内の液晶分子が、概ね発生した電界方向に沿って配向を変化させるので、液晶層の位相差が小さくなり、液晶層に入射した楕円偏光の回転方向は、液晶層を透過しても変化しない。したがって、これらの特性を利用すれば、液晶層が、非選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を反転させ、選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成することができる。
【００２２】
具体的には、例えば、５５０ｎｍの波長の光（緑色光）を考えた場合、λ／２は０．２７５μｍである。したがって、理論的には、Δｎ・ｄ値を０．２７５μｍの奇数倍とすれば、非選択電圧印加時の液晶層に入射した５５０ｎｍの波長の楕円偏光の回転方向を、液晶層から出射させる際に反転させることができる。しかしながら、実際には、非選択電圧印加時の液晶分子にはティルト角があることや、液晶層に入射する光の波長は１つではなく、ほぼすべての可視光が入射することなどに起因して、Δｎ・ｄ値を０．２７５μｍの奇数倍から少しずれた値に設定した時に、非選択電圧印加時の液晶層に入射した楕円偏光の回転方向を、液晶層から出射させる際に反転させることができることになる。
【００２３】
そこで、本発明者が、「液晶層が非選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を反転させ、選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を変化させない」という条件を満たしつつ、表示特性の最適化の検討を行ったところ、ツイスト角が１５０°未満の低ツイスト条件では、ツイスト角が０〜１２°、Δｎ・ｄ値がλ／２よりもかなり大きい値である０．３７±０．０５μｍ、若しくは、ツイスト角が１３０±２０°、Δｎ・ｄ値がλ／２の３倍に近い値である０．７６±０．０５μｍの時に、明るさやコントラスト等の表示特性が最適になることを見出した。なお、かかる条件とすることにより、表示特性を最適化できる根拠については、「実施例」の項において説明する。
【００２４】
このように、本発明の第１、第２の液晶装置では、液晶モード（ツイスト角、Δｎ・ｄ値）を最適化しているので、本発明の第１、第２の液晶装置によれば、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性を最適化することができ、表示品質に優れた半透過反射型液晶装置を提供することができる。また、この液晶モードは、反射型液晶装置にも適用可能であり、本発明の第１、第２の液晶装置によれば、明るさやコントラスト等の表示特性を最適化することができ、表示品質に優れた反射型液晶装置を提供することができる。
【００２５】
また、本発明者は、本発明の第１、第２の液晶装置において、前記上基板側楕円偏光入射手段が、前記液晶層に対して、前記コレステリック反射層により反射される円偏光と回転方向の異なる楕円偏光を入射させるように構成することにより、明るさやコントラスト等の表示特性をより最適化できることを見出した。また、この条件は、本発明を半透過反射型液晶装置に適用する場合に特に好適な条件であることを見出した。なお、これ以外の構成、例えば、コレステリック反射層により反射される円偏光と回転方向が等しい楕円偏光を入射させる構成では、表示したくない色が混ざって表示されるなどの恐れがあるため、好ましくない。
【００２６】
本発明の第３の液晶装置は、互いに対向配置された第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持された液晶セルを有する液晶装置において、前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、前記第２基板の内面側に設けられ、所定の回転方向を持つ円偏光または楕円偏光のうちの少なくとも一部を反射させるコレステリック反射層と、前記液晶層に対して前記第１基板側から円偏光または楕円偏光を入射させる第１楕円偏光入射手段とを具備すると共に、前記液晶層のツイスト角が１５０°以上２７０°以下であり、Δｎ・ｄ値が、ツイスト角をθ（゜）とした時、下記式（１）により表され、前記液晶層は、前記電圧印加手段による電圧印加の制御によって入射光の円偏光または楕円偏光の回転方向を反転させることが可能とされていることを特徴とする。
Δｎ・ｄ値（μｍ）＝−６．７×１０-6×θ2＋４．３×１０-3×θ＋０．３９±０．１  ・・・（１）
【００２７】
このように、本発明の第３の液晶装置では、本発明の第１、第２の液晶装置と同様、下基板の内面にコレステリック反射層を備え、液晶層に楕円偏光を入射させて表示を行う構成を採用している。また、液晶層が、非選択電圧印加時、選択電圧印加時のうちいずれかの状態の時に、入射光の楕円偏光の回転方向を反転させ、他方の状態の時に、入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成されており、このことを利用して表示が行われるようになっている。
【００２８】
かかる構成を採用しているので、本発明の第１、第２の液晶装置と同様、半透過反射型液晶装置に適用した際に、反射表示時と透過表示時で表示モードを同じにすることができ、表示機構的に透過モードの表示が暗くならないようにできる。また、コレステリック反射層の選択反射により下基板側に反射された光は、下基板の外面側の構成を従来と同じにしたままで再利用することができるので、透過モードの表示の明るさを向上できる。その結果、反射モードの表示の明るさを維持しながら、透過モードの表示の明るさを向上させることができ、視認性に優れた半透過反射型液晶装置を実現することができる。なお、本発明の第３の液晶装置の表示機構については、「発明の実施の形態」の項において詳述する。
【００２９】
ここで、本発明者が、「液晶層が、非選択電圧印加時、選択電圧印加時のうちいずれかの状態の時に、入射光の楕円偏光の回転方向を反転させ、他方の状態の時に、入射光の楕円偏光の回転方向を変化させない」という条件を満たしつつ、表示特性の最適化の検討を行ったところ、ツイスト角が１５０°以上２７０°以下の高ツイスト条件では、ツイスト角をθとした時、Δｎ・ｄ値が上記式（１）により表される時に、明るさやコントラスト等の表示特性が最適になることを見出した。なお、かかる条件とすることにより、表示特性を最適化できる根拠については、「実施例」の項において説明する。
【００３０】
このように、本発明の第３の液晶装置においても、液晶モード（ツイスト角、Δｎ・ｄ値）を最適化しているので、本発明の第３の液晶装置によれば、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性を最適化することができ、表示品質に優れた半透過反射型液晶装置を提供することができる。また、この液晶モードは、反射型液晶装置にも適用可能であり、本発明の第３の液晶装置によれば、明るさやコントラスト等の表示特性を最適化することができ、表示品質に優れた反射型液晶装置を提供することができる。
【００３１】
なお、高ツイスト条件では、上記の本発明の第１、第２の液晶装置と同様、液晶層が、非選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を反転させ、選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成することも可能であるが、逆の構成とすることも可能である。
例えば、非選択電圧印加時において、Δｎ・ｄ値をλ／２の偶数倍に近い値にすることにより、液晶層に入射した楕円偏光は、回転方向を偶数回反転させて元の回転方向に戻るため、非選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成することができる。
【００３２】
但し、本発明者は、前記上基板側楕円偏光入射手段が、前記液晶層に対して、前記コレステリック反射層により反射される円偏光と同じ回転方向の楕円偏光を入射させるように構成することにより、明るさやコントラスト等の表示特性をより最適化できることを見出した。また、この条件は、本発明を半透過反射型液晶装置に適用する場合に特に好適な条件であることを見出した。
【００３３】
なお、本発明の第１〜第３の液晶装置を半透過反射型液晶装置に適用する場合には、前記コレステリック反射層が、所定の回転方向を持つ楕円偏光のうちの一部を反射させ、一部を透過させる半透過反射層として機能すると共に、前記液晶セルに対して前記下基板側から光を入射させる照明装置と、前記液晶層に対して前記下基板側から楕円偏光を入射させる下基板側楕円偏光入射手段とをさらに具備する構成とすれば良い。かかる構成とすることにより、下基板側から液晶層に楕円偏光を入射させることができ、透過表示時と反射表示時の表示モードを同じにすることができる。
【００３４】
ここで、前記上基板側楕円偏光入射手段および前記下基板側楕円偏光入射手段の具体的な形態としては、特定方向の偏光軸を持つ直線偏光を透過する偏光板と、この偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する位相差板とを有するものを例示することができる。これら２つの光学素子を用いることによって、太陽光、照明光などの外光と、内蔵した照明装置からの照明光を容易に楕円偏光に変換することができる。
【００３５】
また、以上の本発明の第１〜第３の液晶装置を備えることにより、明るさやコントラスト等の表示特性に優れた本発明の電子機器を提供することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態においては、図面を参照しながら説明するが、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００３７】
（液晶装置の構造）
図１、図２に基づいて、本発明に係る実施形態の半透過反射型液晶装置の構造について説明する。本実施形態では、パッシブマトリクス型液晶装置への本発明の適用例を示す。
図１は本実施形態の半透過反射型液晶装置の全体構成を示す概略斜視図である。図２は本実施形態の半透過反射型液晶装置の部分概略断面図であって、図１に示す半透過反射型液晶装置の液晶セルを取り出し、Ａ−Ａ’線に沿って切断した時の断面図である。なお、図１、図２においては、上側を観察者側（視認側）として図示している。
【００３８】
図１、図２に示すように、本実施形態の半透過反射型液晶装置１０は、対向配置されたカラーフィルタ基板（下基板、第２基板）１１と対向基板（上基板、第１基板）２１と、これらカラーフィルタ基板１１と対向基板２１とに挟持された液晶層３０（図１では省略）とからなる液晶セル４０と、液晶セル４０の視認側と反対側に配置されたバックライト（照明装置）５０とを具備して構成されている。
【００３９】
カラーフィルタ基板１１は、ガラス、透明樹脂等からなり、その内面には、コレステリック反射層１２と、顔料分散型のカラーフィルタ１３と、オーバーコート層１４と、透明電極１５と、配向膜１６とが順次積層形成されており、外面には、下側位相差板１７と下側偏光板１８とが順次貼着されている。また、対向基板２１は、ガラス、透明樹脂等からなり、その内面には、透明電極２２と配向膜２３とが順次積層形成されており、外面には、上側位相差板２４と上側偏光板２５とが順次貼着されている。そして、これらカラーフィルタ基板１１と対向基板２１とは、各々の基板の周縁部に形成されたシール材（図示略）を介して貼着されている。なお、図１においては、カラーフィルタ基板１１、対向基板２１に形成された層のうち、透明電極のみを取り出して図示している。
また、バックライト５０は、冷陰極管等からなる光源５１、及び光源５１からの光を効率よく、液晶セル４０に照射するために、光源５１から出射された光を観察者側に導く構造を有する導光板５２から構成されている。
【００４０】
より詳細には、カラーフィルタ基板１１の内面に設けられたコレステリック反射層１２は、少なくとも、同じ回転方向を持つ赤、緑、青の円偏光を各々選択反射する３種類のコレステリック液晶層が積層形成されたものであり、特定の回転方向を持つ可視光のほぼ全域（白色）の円偏光を選択反射させ、それ以外の光を透過するように構成されている。また、コレステリック反射層１２は、特定の回転方向を持つ可視光のほぼ全域の円偏光をすべて反射するのではなく、特定の回転方向を持つ可視光のほぼ全域の円偏光のうち、一部を反射させ、一部を透過させるように構成されており、半透過反射層として機能する。なお、偏光板１８、２５を透過した光は可視光であるので、コレステリック反射層１２に入射する光は波長に関係なく、特定の回転方向を持つ円偏光のみがコレステリック反射層１２により選択反射されることになる。
【００４１】
また、カラーフィルタ基板１１、対向基板２１には、各々、液晶層３０に電圧を印加するために、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等からなる複数の透明電極１５、２２が、ストライプ状に形成されている。また、各透明電極１５と各透明電極２２とは互いに交差する方向に延在しており、各透明電極１５と各透明電極２２とが交差する領域が１ドットになっている。また、多数のドットがマトリクス状に配列した領域が表示領域となっている。
【００４２】
カラーフィルタ１３は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に各々着色された、着色層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを具備して構成されており、各着色層１３Ｒ〜１３Ｂは、各ドットに対応して周期的に設けられている。そして、半透過反射型液晶装置１０では、これら赤、緑、青の着色層１３Ｒ〜１３Ｂが形成された３ドットで、１画素の表示を行うことが可能な構成になっている。
また、カラーフィルタ１３上には、有機膜等からなり、カラーフィルタ１３が形成されたカラーフィルタ基板１１の表面を平坦化すると共に、カラーフィルタ１３の着色層１３Ｒ〜１３Ｂを保護するためのオーバーコート層１４が形成されている。
【００４３】
また、カラーフィルタ基板１１、対向基板１２の液晶層３０側最表面には、非選択電圧印加時の液晶層３０内の液晶分子の配向を制御するために、配向膜１６、２３が形成されている。配向膜１６、２３としては、ポリイミド等の配向性高分子からなり、表面にラビング処理を施されたものを例示することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、反射モード、透過モードのいずれのモードで表示を行う際においても、液晶層３０に、特定の回転方向を持つ楕円偏光が入射されるようになっている。
具体的には、反射モードで表示を行う際に、液晶層３０に特定の回転方向を持つ楕円偏光を入射させる上側楕円偏光入射手段（第１楕円偏光入射手段）として、対向基板２１の外面側に、上側偏光板２５、上側位相差板２４が設けられている。また、同様に、透過モードで表示を行う際に、液晶層３０に特定の回転方向を持つ楕円偏光を入射させる下側楕円偏光入射手段（第２楕円偏光入射手段）として、カラーフィルタ基板１１の外面側に、下側偏光板１８、下側位相差板１７が設けられている。ここで、下側偏光板１８、上側偏光板２５は、いずれも特定方向の偏光軸を持つ直線偏光のみを透過し、それ以外の光を吸収するように構成されており、下側位相差板１７、上側位相差板２４は、各々、下側偏光板１８、上側偏光板２５を透過した直線偏光を、特定の回転方向を持つ楕円偏光に変換するように構成されている。そして、これらを組み合わせることにより、反射モード、透過モードのいずれのモードで表示を行う際においても、液晶層３０に特定の回転方向を持つ楕円偏光を入射させることが可能な構成になっている。
【００４５】
なお、位相差板１７、２４としては、直線偏光を楕円偏光に変換できるものであれば特に限定されるものではないが、下側位相差板１７には１／４波長板を用いることが望ましい。下側位相差板１７として１／４波長板を用いることにより、下側偏光板１８を透過した直線偏光を、広い意味での楕円偏光の中でも、特に円偏光に変えることができるので、光の利用効率を最も高くすることができ、好適である。なお、上側位相差板２４については、色補償の機能も持たせたい場合があるので、任意の位相差を持つ位相差板を選択すればよい。
【００４６】
本実施形態の半透過反射型液晶装置１０は以上のように概略構成されており、本実施形態では、半透過反射層としてコレステリック反射層１２を備えている点と、液晶層３０に楕円偏光を入射させて表示を行うように構成されている点が、特徴的なものとなっている。なお、金属膜等を用いた従来の半透過反射層と、コレステリック反射層１２との大きな違いは、金属膜からなる半透過反射層では、楕円偏光を反射した時に、回転方向が反転されるのに対し、コレステリック反射層１２では、回転方向を変化させずに、楕円偏光を反射できるという点である。
【００４７】
このように、本実施形態では、液晶層３０に楕円偏光を入射させて表示を行うので、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性を最適化するためには、液晶層に直線偏光を入射させて表示を行うＴＮモードやＳＴＮモード等とは異なる液晶モードが必要になるが、液晶層３０のツイスト角が１５０°未満の低ツイスト条件と、液晶層３０のツイスト角が１５０°以上２７０度以下の高ツイスト条件とでは、最適な液晶モードと表示モードが異なる。
【００４８】
（低ツイスト条件における最適な液晶モード）
はじめに、低ツイスト条件における最適な液晶モードについて説明する。
低ツイスト条件では、「課題を解決するための手段」の項において述べたように、液晶層３０のツイスト角を０〜１２°、Δｎ・ｄ値を０．３７±０．０５μｍに設定することが好ましい。あるいは、液晶層３０のツイスト角を１３０±２０°、Δｎ・ｄ値を０．７６±０．０５μｍに設定することが好ましい。このように、液晶モードを設定することにより、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性を最適にすることができる。
【００４９】
また、このように液晶層３０のΔｎ・ｄ値を規定した場合には、非選択電圧印加時の液晶層３０に入射した楕円偏光の回転方向を、液晶層３０から出射させる際に反転させることができる。これに対して、選択電圧印加時には、液晶層３０内の液晶分子が、透明電極１５、２２間に発生した縦電界の方向に沿って配向を変化させるので、液晶層３０の位相差が小さくなり、液晶層３０に入射した楕円偏光の回転方向は、液晶層３０を透過しても変化しない。したがって、低ツイスト条件では、このことを利用して表示を行うことができる。
【００５０】
また、対向基板２１側から液晶層３０に入射する楕円偏光と、コレステリック反射層１２により選択反射される円偏光とが異なる回転方向を有するように構成することがより好ましく、かかる構成とすることにより、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性をより最適化することができ、好適である。
【００５１】
次に、図３、図４に基づいて、本実施形態の半透過反射型液晶装置１０の低ツイスト条件における表示モードについて説明する。図３、図４は、本実施形態の半透過反射型液晶装置１０に備えられた主な構成要素を取り出して示す図であって、各々、非選択電圧印加時、選択電圧印加時の表示モードを示す図である。
なお、以下、カラーフィルタ１３の赤の着色層１３Ｒが形成されたドットを例として説明するが、他の色の着色層が形成されたドットにおいても、表示モードは全く同様である。
【００５２】
上述のように、コレステリック反射層１２は、コレステリック反射層１２に入射する光のうち、特定の回転方向を持つ円偏光の一部を反射させ、一部を透過させるように構成されている。ここで、選択反射する円偏光の回転方向や、その反射率、透過率については適宜設計することが可能であるが、コレステリック反射層１２に入射する光のうち、右円偏光を選択反射させ、その反射率が８０％、透過率が２０％となるように構成されているものとする。なお、かかる構成のコレステリック反射層１２では、選択反射する右円偏光と異なる回転方向を持つ円偏光、すなわち、左円偏光については１００％透過させるようになっている。
【００５３】
また、上述のように、対向基板２１側から液晶層３０に入射する楕円偏光と、コレステリック反射層１２により選択反射される円偏光とが異なる回転方向を有するように構成することが好ましいため、上側楕円偏光入射手段（上側偏光板２５及び上側位相差板２４）が左楕円偏光を発生するように構成する。例えば、上側偏光板２５が紙面に垂直な偏光軸を持つ直線偏光のみを選択的に透過し、上側位相差板２４が上側偏光板２５を透過した直線偏光を左楕円偏光に変換するように構成する。
【００５４】
また、透過モードの明表示時には、バックライト５０から出射された光がコレステリック反射層１２を透過するように構成する必要があるため、下側楕円偏光入射手段（下側偏光板１８及び下側位相差板１７）が右円偏光を発生するように構成する。例えば、下側偏光板１８が紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光のみを選択的に透過し、下側位相差板１７が下側偏光板１８を透過した直線偏光を右円偏光に変換するように構成する。
【００５５】
以上のように構成すれば、非選択電圧印加時には、反射モード、透過モードのいずれのモードで表示を行っても明表示が得られ、選択電圧印加時には、反射モード、透過モードのいずれのモードで表示を行っても暗表示が得られる。
【００５６】
以下、図３に基づいて、非選択電圧印加時の表示モードについて詳述する。
非選択電圧印加時に反射モードで表示を行う際には、観察者側から液晶セル４０に入射した外光のうち、紙面に垂直な偏光軸を持つ直線偏光のみが上側偏光板２５を透過し、上側位相差板２４により左楕円偏光に変換されるので、液晶層３０に左楕円偏光が入射する。
ここで、非選択電圧印加時には、液晶層３０内の液晶分子は、配向膜１６、２３によりその配向が制御され、長軸を基板面に対してほぼ水平方向に向けた状態で、０〜１２°、若しくは１３０±２０°ツイストして配列するが、上述のように、液晶層３０に入射した左楕円偏光は、右円偏光に変換されて液晶層３０から出射される。
【００５７】
そして、液晶層３０から出射された右円偏光のち、赤の右円偏光のみがカラーフィルタ１３の着色層１３Ｒを透過し、コレステリック反射層１２に入射するが、コレステリック反射層１２は右円偏光を８０％反射するように構成されているので、コレステリック反射層１２に入射した赤の右円偏光のうち８０％がコレステリック反射層１２により反射される。ここで、上述したように、コレステリック反射層１２は、回転方向を変化させずに、円偏光を反射させることができるので、コレステリック反射層１２に入射した赤の右円偏光は、同じ回転方向のまま反射され、再びカラーフィルタ１３の着色層１３Ｒを透過し、液晶層３０に入射する。
液晶層３０に入射した赤の右円偏光は、液晶層３０により左楕円偏光に変換されて、液晶層３０から出射される。そして、液晶層３０から出射された赤の左楕円偏光は、上側位相差板２４により、紙面に垂直な偏光軸を持つ直線偏光に変換された後、上側偏光板２５を透過し、観察者側に出射されるので、明表示（赤表示）となる。
【００５８】
一方、非選択電圧印加時に透過モードで表示を行う際には、バックライト５０から液晶セル４０に入射した光のうち、紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光のみが下側偏光板１８を透過し、下側位相差板１７により右円偏光に変換されるので、右円偏光がコレステリック反射層１２に入射する。
コレステリック反射層１２は右円偏光を２０％透過するように構成されているので、コレステリック反射層１２に入射した右円偏光のうち２０％はコレステリック反射層１２を透過することができる。そして、コレステリック反射層１２を透過した右円偏光のち、赤の右円偏光のみがカラーフィルタ１３の着色層１３Ｒを透過し、液晶層３０に入射する。
【００５９】
上述のように、非選択電圧印加時の液晶層３０に入射した赤の右円偏光は、左楕円偏光に変換されて、液晶層３０から出射される。そして、液晶層３０から出射された赤の左楕円偏光は、上側位相差板２４により、紙面に垂直な偏光軸を持つ直線偏光に変換された後、上側偏光板２５を透過し、観察者側に出射されるので、明表示（赤表示）となる。
【００６０】
なお、非選択電圧印加時に透過モードで表示を行う際には、コレステリック反射層１２に入射した右円偏光のうち、８０％が反射され、バックライト５０側に戻るが、コレステリック反射層１２は、回転方向を変化させずに、円偏光を反射させることができるので、コレステリック反射層１２により反射された円偏光は、右円偏光のまま、下側位相差板１７に入射する。そして、下側位相差板１７に入射した右円偏光は、下側位相差板１７により、紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光に変換されるので、下側偏光板１８を透過することができる。このようにして、下側偏光板１８の透過軸と同じ偏光軸を有する直線偏光が、カラーフィルタ基板１１側から液晶セル４０の外部に出射されるので、この光を例えばバックライト５０に備えられた反射板などで液晶セル４０側に反射させることにより、液晶セル４０側に再度導入し、表示に再利用することができる。
【００６１】
また、非選択電圧印加時に反射モードで表示を行う際には、コレステリック反射層１２に入射した右円偏光の２０％がコレステリック反射層１２を透過するが、この光についても、同様に、カラーフィルタ基板１１側から一旦液晶セル４０の外部に出射させた後、再度液晶セル４０に導入させることができる。この光は表示に寄与するので、反射モードの表示も明るく維持することができる。
【００６２】
次に、図４に基づいて、選択電圧印加時の表示モードについて詳述する。
選択電圧印加時に反射モードで表示を行う際には、非選択電圧印加時と同様、液晶層３０に左楕円偏光が入射する。ここで、選択電圧印加時には、液晶層３０内の液晶分子は、透明電極１５、２２間に発生した縦電界に沿って配向を変化させ、液晶層３０の位相差が小さくなるため、液晶層３０に入射した左楕円偏光は、同じ回転方向のままほぼ左円偏光に変換されて液晶層３０から出射される。
【００６３】
そして、液晶層３０から出射された左円偏光は、カラーフィルタ１３を透過した後、コレステリック反射層１２に入射するが、コレステリック反射層１２は左円偏光を１００％透過するように構成されているので、コレステリック反射層１２に入射した左円偏光はすべてコレステリック反射層１２を透過する。さらに、コレステリック反射層１２を透過した左円偏光は、下側位相差板１７により、紙面に垂直な偏光軸を持つ直線偏光に変換された後、下側偏光板１８により吸収され、観察者側に出射されないので、暗表示となる。
【００６４】
一方、選択電圧印加時に透過モードで表示を行う際には、非選択電圧印加時と同様に、液晶層３０に右円偏光が入射するが、選択電圧印加時には、液晶層３０の位相差は小さくなるので、液晶層３０に入射した右円偏光は、同じ回転方向のまま少し楕円率を変えて液晶層３０から出射される。そして、液晶層３０から出射された右楕円偏光は、上側位相差板２４により、紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光に変換された後、上側偏光板２５により吸収され、観察者側に出射されないので、暗表示となる。
【００６５】
なお、バックライト５０側からコレステリック反射層１２に入射した右円偏光のうち、コレステリック反射層１２により反射される８０％の光を、カラーフィルタ基板１１側から一旦液晶セル４０の外部に出射させた後、再度液晶セル４０に導入させるように構成しても、選択電圧印加時に透過モードで表示を行う際に、最終的には上側偏光板２５で吸収されてしまうので、暗表示にとって特に支障はない。
【００６６】
以上説明したように表示を行うことにより、反射表示時と透過表示時で同じ表示モードを用いることができる。また、透過モードの明表示に着目した場合、従来の半透過反射型液晶装置のように下基板側から入射した光の一部が上側偏光板で吸収されることがなく、コレステリック反射層１２を透過した光のほぼ全てが表示に寄与する。また、コレステリック反射層１２で反射され、観察者側と反対側（バックライト５０側）に向かう光は、表示に再利用することができる構成になっている。なお、以上の説明では、便宜上、コレステリック反射層１２により選択反射される右円偏光の反射率、透過率が、各々８０％、２０％である場合について説明したが、選択反射される円偏光の反射率と透過率の比率はいかようにも変えることができる。しかしながら、どのような比率であっても、コレステリック反射層１２を透過した円偏光を最大限に利用できることと、コレステリック反射層１２により反射された円偏光を表示に再利用できることの効果が相俟って、反射モードの表示の明るさを維持しながら、透過モードの表示の明るさを向上させることができ、視認性に優れた半透過反射型液晶装置１０を実現することができる。
【００６７】
（高ツイスト条件における液晶モード）
次に、高ツイスト条件における最適な液晶モードについて説明する。
液晶層３０のツイスト角が１５０°以上２７０°以下の高ツイスト条件では、「課題を解決するための手段」の項において述べたように、ツイスト角をθ（゜）とした時、Δｎ・ｄ値が下記式（１）により表されるように液晶モードを設定することが好ましい。このように、液晶モードを設定することにより、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性を最適にすることができる。
Δｎ・ｄ値（μｍ）＝−６．７×１０-6×θ2＋４．３×１０-3×θ＋０．３９±０．１  ・・・（１）
【００６８】
なお、高ツイスト条件では、低ツイスト条件と同様、液晶層３０が、非選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を反転させ、選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成することも可能であるが、逆の構成とすることも可能である。
【００６９】
このように、高ツイスト条件では、液晶層３０が、非選択電圧印加時、選択電圧印加時のうちいずれかの状態の時に、入射光の楕円偏光の回転方向を反転させ、他方の状態の時に、入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないことを利用して表示が行われるようになっている。
また、高ツイスト条件では、対向基板２１側から液晶層３０に入射する楕円偏光と、コレステリック反射層１２により選択反射される円偏光とが同じ回転方向を有するように構成することがより好ましく、かかる構成とすることにより、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性をより最適化することができ、好適である。
【００７０】
したがって、以下、図５、図６に基づいて、対向基板２１側から液晶層３０に入射する楕円偏光と、コレステリック反射層１２により選択反射される円偏光とが異なる回転方向を有するように構成した場合の、高ツイスト条件における表示モードについて説明する。図５、図６は、低ツイスト条件の表示モードの説明に用いた図３、図４に対応する図であり、各々、非選択電圧印加時、選択電圧印加時の表示モードを示す図である。
なお、低ツイスト条件と同様、カラーフィルタ１３の赤の着色層１３Ｒが形成されたドットを例として説明する。また、低ツイスト条件と同様、コレステリック反射層１２が、コレステリック反射層１２に入射する光のうち、右円偏光を選択反射させ、その反射率が８０％、透過率が２０％となるように構成されているものとする。
【００７１】
また、高ツイスト条件では、低ツイスト条件と異なり、対向基板２１側から液晶層３０に入射する楕円偏光と、コレステリック反射層１２により選択反射される円偏光とが同じ回転方向を有するように構成することが好ましいため、上側楕円偏光入射手段（上側偏光板２５及び上側位相差板２４）が右楕円偏光を発生するように構成する。例えば、上側偏光板２５が紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光のみを選択的に透過し、上側位相差板２４が上側偏光板２５を透過した直線偏光を右楕円偏光に変換するように構成する。
また、低ツイスト条件と同様、透過モードで表示を行う際の明表示時には、バックライト５０から出射された光がコレステリック反射層１２を透過するように構成する必要があるため、下側楕円偏光入射手段（下側偏光板１８及び下側位相差板１７）が右円偏光を発生するように構成する。
【００７２】
以上のように構成すれば、非選択電圧印加時には、反射モード、透過モードのいずれのモードで表示を行っても明表示が得られ、選択電圧印加時には、反射モード、透過モードのいずれのモードで表示を行っても暗表示が得られる。
【００７３】
以下、図５に基づいて、非選択電圧印加時の表示モードについて詳述する。
非選択電圧印加時に反射モードで表示を行う際には、観察者側から液晶セル４０に入射した光のうち、紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光のみが上側偏光板２５を透過し、上側位相差板２４により右楕円偏光に変換されるので、液晶層３０に右楕円偏光が入射する。ここで、液晶層３０は、非選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成されているので、液晶層３０に入射した右楕円偏光は、同じ回転方向の右円偏光となって液晶層３０から出射される。
【００７４】
そして、液晶層３０から出射された右円偏光のうち、カラーフィルタ１３の着色層１３Ｒを透過した赤の右円偏光は、低ツイスト条件の非選択電圧印加時と同様に、コレステリック反射層１２により８０％反射され、同じ回転方向のまま、再び液晶層３０に入射する。液晶層３０は、非選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成されているので、液晶層３０に入射した赤の右円偏光は、同じ回転方向のまま液晶層３０から出射される。
液晶層３０から出射された赤の右楕円偏光は、上側位相差板２４により、紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光に変換された後、上側偏光板２５を透過し、観察者側に出射されるので、明表示（赤表示）となる。
【００７５】
一方、非選択電圧印加時に透過モードで表示を行う際には、低ツイスト条件の非選択電圧印加時と同様に、コレステリック反射層１２、カラーフィルタ１３の着色層１３Ｒを透過した赤の右円偏光が液晶層３０に入射する。ここで、液晶層３０は、非選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成されているので、液晶層３０に入射した赤の右円偏光は、同じ回転方向の右楕円偏光となって液晶層３０から出射される。そして、液晶層３０から出射された赤の右楕円偏光は、上側位相差板２４により、紙面に平行な偏光軸を持つ直線偏光に変換された後、上側偏光板２５を透過し、観察者側に出射されるので、明表示（赤表示）となる。
【００７６】
なお、低ツイスト条件と同様、非選択電圧印加時に透過モードで表示を行う際には、コレステリック反射層１２に入射した右円偏光のうち、８０％が反射され、バックライト５０側に戻るが、カラーフィルタ基板１１側から一旦液晶セル４０の外部に出射させた後、再度液晶セル４０に導入させ、再利用することができる。
また、非選択電圧印加時に反射モードで表示を行う際には、コレステリック反射層１２に入射した右円偏光の２０％がコレステリック反射層１２を透過するが、この光についても、同様に、カラーフィルタ基板１１側から一旦液晶セル４０の外部に出射させた後、再度液晶セル４０に導入させることができる。この光は表示に寄与するので、反射モードの表示も明るく維持することができる。
【００７７】
次に、図６に基づいて、選択電圧印加時の表示モードについて詳述する。
選択電圧印加時に反射モードで表示を行う際には、非選択電圧印加時と同様に、液晶層３０に右楕円偏光が入射する。ここで、液晶層３０は、選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を反転させるように構成されているので、液晶層３０に入射した右楕円偏光は、左円偏光に変換されて液晶層３０から出射される。
そして、液晶層３０から出射された左円偏光は、カラーフィルタ１３を透過した後、コレステリック反射層１２に入射するが、コレステリック反射層１２は左円偏光を１００％透過するので、コレステリック反射層１２に入射した左円偏光はすべてコレステリック反射層１２を透過する。さらに、コレステリック反射層１２を透過した左円偏光は、下側位相差板１７により、紙面に垂直な偏光軸を持つ直線偏光に変換された後、下側偏光板１８により吸収され、観察者側に出射されないので、暗表示となる。
【００７８】
一方、選択電圧印加時に透過モードで表示を行う際には、非選択電圧印加時と同様に、液晶層３０に右円偏光が入射するが、液晶層３０は、選択電圧印加時に入射光の楕円偏光の回転方向を反転させるように構成されているので、液晶層３０に入射した右円偏光は、左楕円偏光に変換されて液晶層３０から出射される。そして、液晶層３０から出射された左楕円偏光は、上側位相差板２４により、紙面に垂直な偏光軸を持つ直線偏光に変換された後、上側偏光板２５により吸収され、観察者側に出射されないので、暗表示となる。
【００７９】
なお、低ツイスト条件と同様、コレステリック反射層１２に入射した右円偏光のうち、コレステリック反射層１２により反射される８０％の光を、カラーフィルタ基板１１側から一旦液晶セル４０の外部に出射させた後、再度液晶セル４０に導入させる構成としても、選択電圧印加時に透過モードで表示を行う際に、最終的には上側偏光板２５で吸収されてしまうので、暗表示にとって特に支障はない。
【００８０】
以上説明したように表示を行うことにより、高ツイスト条件においても、反射表示時と透過表示時で同じ表示モードを用いることができる。また、低ツイスト条件と同様、透過モードの明表示に着目した場合、コレステリック反射層１２を透過した光のほぼ全てが表示に寄与すると共に、コレステリック反射層１２で反射された光は、表示に再利用することができるので、反射モードの表示の明るさを維持しながら、透過モードの表示の明るさを向上させることができ、視認性に優れた半透過反射型液晶装置１０を実現することができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態では、低ツイスト条件、高ツイスト条件のいずれの条件においても、半透過反射層としてコレステリック反射層１２を用い、液晶層３０に入射させる光を楕円偏光とし、液晶層３０が、非選択電圧印加時、選択電圧印加時のうちいずれかの状態の時に、入射光の楕円偏光の回転方向を反転させ、他方の状態の時に、入射光の楕円偏光の回転方向を変化させないように構成しているので、反射表示時と透過表示時で表示モードを同じにすることができ、表示機構的に透過モードが暗くならないようにできる。また、コレステリック反射層１２の選択反射によりバックライト５０側に反射された光は、カラーフィルタ基板１１の外面側の構成を従来と同じにしたままで再利用することができるので、透過モードの表示の明るさを向上することができる。その結果、反射モードの表示の明るさを維持しながら、透過モードの表示の明るさを向上させることができ、視認性に優れた半透過反射型液晶装置１０を実現することができる。
【００８２】
さらに、本実施形態の半透過反射型液晶装置１０では、液晶モード（ツイスト角、Δｎ・ｄ値）を最適化しているので、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性を最適化することができ、表示品質に優れた半透過反射型液晶装置１０を提供することができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、低ツイスト条件、高ツイスト条件の双方において、非選択電圧印加時に明表示、選択電圧印加時に暗表示となる例についてのみ説明したが、上側位相差板２４に色補償の機能を持たせる場合や、位相差板１７、２４として、それぞれ複数の位相差板を用いる場合には、偏光板１８、２５、液晶層３０、コレステリック反射層１２の構成を同じ構成としたまま、明表示と暗表示を逆にすることも可能である。
【００８４】
また、本実施形態では、反射モード、透過モードのいずれのモードで表示を行う場合についても、顔料分散型のカラーフィルタ１３を透過させることにより、カラー表示を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。コレステリック反射層は、特定の回転方向を持つ特定波長の円偏光を選択反射するという特性を有するので、特定の回転方向の円偏光のうち、赤色光、緑色光、青色光を各々選択反射する３種類のコレステリック反射層を、赤、緑、青を表示するドットに対応させてパターン形成することにより、コレステリックカラーフィルタを形成することができる。したがって、反射モードで表示を行う際には、コレステリックカラーフィルタにより、ドット毎に特定の色光を反射させ、表示を行うことも可能である。但し、透過モードで表示を行う際には、表示したい色以外の円偏光がコレステリックカラーフィルタを透過してしまうため、コレステリックカラーフィルタの視認側に、コレステリックカラーフィルタと色のパターンが同じ顔料分散型のカラーフィルタを設ける必要がある。
【００８５】
また、本実施形態では、カラーフィルタ基板がバックライト側に位置している場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、カラーフィルタ基板が観察者側に位置する場合にも適用可能である。但し、カラーフィルタ基板を観察者側に配置する場合には、対向基板側にコレステリック反射層を形成する必要がある。
また、本発明は、パッシブマトリクス型液晶装置に限らず、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子やＴＦＤ（Thin Film Diode）素子をスイッチング素子に用いたアクティブマトリクス型液晶装置など、いかなる駆動方式の半透過反射型液晶装置にも適用可能である。
【００８６】
また、本発明は半透過反射型液晶装置に適用する場合に特に好適であるが、本実施形態で説明した最適な液晶モードは、反射層としてコレステリック反射層を備えた反射型液晶装置にも適用可能である。
この場合には、下基板側から液晶層に光を入射させないので、バックライトや下側楕円偏光入射手段（下側偏光板及び下側位相差板）は不要になる。また、本実施形態と同様に、コレステリック反射層を、選択反射する円偏光のち、一部を反射させ、一部を透過させるように構成しても良いが、下基板側からコレステリック反射層に対して光を入射させないので、観察者側により多くの光を出射し、表示の明るさを向上させるために、選択反射する円偏光を全反射させるように構成することが好ましい。そして、以上の構成とし、本実施形態で説明した液晶モードを適用し、本実施形態の反射モードと同様に表示を行うことにより、明るさやコントラスト等の表示特性を最適化することができ、表示品質に優れた反射型液晶装置を提供することができる。
【００８７】
［電子機器］
次に、本発明の上記実施形態の半透過反射型液晶装置１０を備えた電子機器の具体例について説明する。
図７（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図７（ａ）において、５００は携帯電話本体を示し、５０１は前記の半透過反射型液晶装置１０を備えた液晶表示部を示している。
図７（ｂ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図７（ｂ）において、６００は情報処理装置、６０１はキーボードなどの入力部、６０３は情報処理本体、６０２は前記の半透過反射型液晶装置１０を備えた液晶表示部を示している。
図７（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図７（ｃ）において、７００は時計本体を示し、７０１は前記の半透過反射型液晶装置１０を備えた液晶表示部を示している。
図７（ａ）〜（ｃ）に示す電子機器は、上記実施形態の半透過反射型液晶装置１０を備えたものであるので、明るさやコントラスト等の表示特性に優れたものとなる。
【００８８】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例について説明する。なお、実施例１、２において、液晶層に入射させるべき光の偏光状態Ｅｂ、Ｅｗは、ポアンカレ球上の座標で表される規格化ストークスパラメータを基に算出される偏光状態のことを意味しているものとする。なお、ポアンカレ球上の座標で表される規格化ストークスパラメータを基に算出される偏光状態の算出方法については、特開平７−２３９４７１号公報等に記載されている。
【００８９】
（実施例１）
低ツイスト条件における表示の最適化の検討を、以下のようにして行った。
コレステリック反射層に入射する光が右円偏光の時に、黒表示を行うと仮定し、液晶層のツイスト角θを０〜１５０°の範囲で変化させ、Δｎ・ｄ値を０．１〜１．５の範囲で変化させた時の液晶層に入射させるべき光の偏光状態Ｅｂを算出する。同様に、コレステリック反射層に入射する光が左円偏光の時に、白表示を行うと仮定した時に、液晶層のツイスト角θ、Δｎ・ｄ値を変化させた時の液晶層に入射させるべき光の偏光状態Ｅｗを算出する。なお、偏光状態Ｅｂ、Ｅｗは、６３０ｎｍの波長の光（赤色光）、５９０ｎｍの波長の光（橙色光）、５５０ｎｍの波長の光（緑色光）、５１０ｎｍの波長の光（空色光）、４６０ｎｍの波長の光（青色光）の５色の色光についてそれぞれ算出する。
ここで、液晶層に入射する光の偏光状態は、液晶層に印加される電圧にかかわらず、実際には同じであるので、液晶層に入射させるべき光の偏光状態ＥｂとＥｗとの距離ΔＥ値が最小となるように、液晶層のツイスト角θとΔｎ・ｄ値とを規定することにより、表示の最適化を行うことができる。
【００９０】
本実施例において得られた、５５０ｎｍの波長の光についてのΔＥ（５５０ｎｍ）値と、液晶層のツイスト角θ、Δｎ・ｄ値との関係を図８に示す。また、各色光についてのΔＥ値の平均値ΔＥｍ値と、液晶層のツイスト角θ、Δｎ・ｄ値との関係を図９に示す。
５５０ｎｍの波長の光について着目した場合、図８に示すように、ΔＥ値が最小となる領域は符号Ａ〜Ｄで示す計４箇所存在する。しかしながら、各色光を考慮すると、図９に示すように、ΔＥｍ値が最小となる領域は、符号Ａ〜Ｄで示す領域のうち、符号Ｂ、Ｄで示す計２箇所のみとなる。したがって、符号Ｂ、Ｄで示す領域が最適条件となる。ここで、符号Ｂで示す領域は、具体的には、液晶層のツイスト角θが０〜１２°、Δｎ・ｄ値が０．３７±０．０５μｍの範囲である。また、符号Ｄで示す領域は、液晶層のツイスト角が１３０±２０°、Δｎ・ｄ値が０．７６±０．０５μｍの範囲である。
以上の結果から、液晶層のツイスト角が１５０°未満の低ツイスト条件では、液晶層のツイスト角θが０〜１２°、Δｎ・ｄ値が０．３７±０．０５μｍ、若しくは、液晶層のツイスト角θが１３０±２０°、Δｎ・ｄ値が０．７６±０．０５μｍの時に、表示特性が最適になることが判明した。
【００９１】
（実施例２）
実施例１と同様、液晶層のツイスト角θを１５０〜２７０°の範囲で変化させ、Δｎ・ｄ値を０．３〜１．２の範囲で変化させた時の液晶層に入射させるべき光の偏光状態Ｅｂ、Ｅｗを算出し、高ツイスト条件における表示の最適化の検討を行った。
本実施例において得られた、５５０ｎｍの波長の光についてのΔＥ（５５０ｎｍ）値と、液晶層のツイスト角θ、Δｎ・ｄ値との関係を図１０に示す。また、各色光についてのΔＥ値の平均値ΔＥｍ値と、液晶層のツイスト角θ、Δｎ・ｄ値との関係を図１１に示す。
図１０、図１１に示すように、高ツイスト条件では、実施例１の低ツイスト条件程、最適範囲が絞られていないが、符号Ｆで示す領域を中心とした領域が、比較的、ΔＥ（５５０ｎｍ）値、ΔＥｍ値の小さい領域となっている。そこで、本発明者が、この符号Ｆで示す領域を中心とした領域について、液晶層のツイスト角とΔｎ・ｄ値との関係を数式化したところ、上記式（１）で近似できることが判明した。つまり、液晶層のツイスト角が１５０°以上２７０°以下の高ツイスト条件では、上記式（１）を満たすように、液晶層のツイスト角とΔｎ・ｄ値を設定することにより、表示特性を最適化できることが判明した。
【００９２】
（実施例３）
上記実施形態と同様の構成の本発明の半透過反射型液晶装置を作製し、得られた液晶装置について、表示特性の評価を行った。但し、上側位相差板、下側位相差板として、各々２枚の位相差板を配置し、表１に示す条件で、液晶装置を構成した。また、顔料分散型のカラーフィルタは設けずに、白黒表示の液晶装置を作製して基本特性を確認した。なお、表１において、２枚の上側位相差板、下側位相差板のうち、上基板側の位相差板を符号１、下基板側の位相差板を符号２で示している。また、偏光板の透過軸、位相板の遅相軸は、上基板上の配向膜のラビング軸を基準に左回りを正とする角度で表している。また、本実施例では、低ツイスト条件の最適条件の一つである、液晶層のツイスト角が０°、Δｎ・ｄ値が０．３７μｍの条件で、液晶装置を構成した。
【００９３】
【表１】
0003705184.tif 000002
【００９４】
得られた液晶装置の、透過表示時の印加電圧（Ｖ）と光透過率（Ｔ）と関係（ＴＶ特性）の一例を図１２（ａ）に示す。また、透過表示時に、印加電圧を１．４Ｖから３．６Ｖまでの間で、透過率を１５等分するように電圧を印加した時に、液晶装置から出射された光の分光特性の一例を図１２（ｂ）に示す。なお、図１２（ｂ）では、図示上側が白表示に近い側、図示下側が黒表示に近い側を示している。また、図１２（ｂ）では、分光特性を示す曲線が平坦である程、色分散が少なく、好適であることを示している。
【００９５】
図１２（ａ）に示すように、本実施例において作製した液晶装置は、非選択電圧印加時に白表示、選択電圧印加時に黒表示となっているが、印加電圧が０Ｖの時の光透過率がほぼ５０％となっている。なお、残り５０％の光は反射表示に利用される。すなわち、透過表示時において、利用可能な光のほとんど全てを観察者側に出射させることができ、明るい表示が得られることが判明した。そして、透過表示時に、図１４に示した従来の半透過反射型液晶装置に比較して、１．７〜２倍の明るさを実現できることが判明した。
また、このように、白表示時に高い光透過率を実現することができるが、さらに、黒表示時の光透過率がほぼ０％であることから、本発明によれば、高コントラストを実現することができることも判明した。
また、図１２（ｂ）に示すように、透過表示時において、分光特性を示す曲線はほぼ平坦となっており、色分散が少なく、良好な表示が得られることが判明した。
なお、反射表示時の表示特性は特に図示しなかったが、図１２（ａ）、（ｂ）とほぼ同様の好表示であった。
【００９６】
（実施例４）
実施例３と同様に、本発明の半透過反射型液晶装置を作製し、得られた液晶装置について、表示特性の評価を行った。但し、本実施例においても、上側位相差板、下側位相差板として、各々２枚の位相差板を配置し、表２に示す条件で、液晶装置を構成した。また、顔料分散型のカラーフィルタは設けずに、白黒表示の液晶装置を作製した。なお、表２に示すように、本実施例では、液晶層のツイスト角を１７０°とし、高ツイスト条件において最適な液晶モードで、液晶装置を構成した。
【００９７】
【表２】
0003705184.tif 000003
【００９８】
得られた液晶装置の、透過表示時のＴＶ特性の一例と、透過表示時に、液晶セルから出射された光の分光特性の一例を、各々図１３（ａ）、（ｂ）に示す。
図１３（ａ）に示すように、本実施例において作製した液晶装置においては、非選択電圧印加時に黒表示、選択電圧印加時に白表示となっている。ここで、本実施例において作製した液晶装置の白表示時の光透過率は、実施例３の白表示時に比較すると若干低いが、５０％に近い値になっている。すなわち、本実施例においても、実施例３と同様、透過表示時において、利用可能な光のほとんど全てを観察者側に出射させることができ、明るい表示が得られることが判明した。
また、本実施例において作製した液晶装置の黒表示時の光透過率は、実施例３の黒表示時に比較すると若干高いが、０％に近い値になっており、本実施例においても、高コントラストを実現することができることが判明した。
また、図１３（ｂ）に示すように、透過表示時において、分光特性を示す曲線の平坦性は、実施例３に比較すると低いが、色分散が十分に少なく、良好な表示が得られることが判明した。
【００９９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、反射モードの表示の明るさを維持しながら、透過モードの表示の明るさを向上できると共に、反射モード、透過モードの双方において、明るさやコントラスト等の表示特性に優れた半透過反射型液晶装置を提供することができる。また、明るさやコントラスト等の表示特性に優れた反射型液晶装置を提供することができる。また、本発明の液晶装置を備えることにより、表示品質に優れた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に係る実施形態の半透過反射型液晶装置の全体構成を示す概略斜視図である。
【図２】  図２は、本発明に係る実施形態の半透過反射型液晶装置の部分概略断面図である。
【図３】  図３は、本発明に係る実施形態の半透過反射型液晶装置の表示モードを説明するための図である。
【図４】  図４は、本発明に係る実施形態の半透過反射型液晶装置の表示モードを説明するための図である。
【図５】  図５は、本発明に係る実施形態の半透過反射型液晶装置の表示モードを説明するための図である。
【図６】  図６は、本発明に係る実施形態の半透過反射型液晶装置の表示モードを説明するための図である。
【図７】  図７（ａ）は、上記実施形態の半透過反射型液晶装置を備えた携帯電話の一例を示す図、図７（ｂ）は、上記実施形態の半透過反射型液晶装置を備えた携帯型情報処理装置の一例を示す図、図７（ｃ）は、上記実施形態の半透過反射型液晶装置を備えた腕時計型電子機器の一例を示す図である。
【図８】  図８は、実施例１において、５５０ｎｍの波長の光についてのΔＥ（５５０ｎｍ）値と、液晶層のツイスト角θ、Δｎ・ｄ値との関係を示す図である。
【図９】  図９は、実施例１において、各色光についてのΔＥ値の平均値ΔＥｍ値と、液晶層のツイスト角θ、Δｎ・ｄ値との関係を示す図である。
【図１０】  図１０は、実施例２において、５５０ｎｍの波長の光についてのΔＥ（５５０ｎｍ）値と、液晶層のツイスト角θ、Δｎ・ｄ値との関係を示す図である。
【図１１】  図１１は、実施例２において、各色光についてのΔＥ値の平均値ΔＥｍ値と、液晶層のツイスト角θ、Δｎ・ｄ値との関係を示す図である。
【図１２】  図１２（ａ）、（ｂ）は、各々、実施例３において得られた液晶装置の、透過表示時の印加電圧（Ｖ）と光透過率（Ｔ）と関係の一例を示す図、透過表示時に、液晶セルから出射された光の分光特性の一例を示す図である。
【図１３】  図１３（ａ）、（ｂ）は、各々、実施例４において得られた液晶装置の、透過表示時の印加電圧（Ｖ）と光透過率（Ｔ）と関係の一例を示す図、透過表示時に、液晶セルから出射された光の分光特性の一例を示す図である。
【図１４】  図１４は、従来の半透過反射型液晶装置の構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０  半透過反射型液晶装置（液晶装置）
４０  液晶セル
１１  カラーフィルタ基板（下基板）
２１  対向基板（上基板）
１２  コレステリック反射層
１３  カラーフィルタ
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ  着色層
３０  液晶層
１８  下側偏光板
１７  下側位相差板
２５  上側偏光板
２４  上側位相差板
１５、２２  透明電極（電圧印加手段）
５０  バックライト（照明装置）
【図１】
0003705184.tif 000004
【図２】
0003705184.tif 000005
【図３】
0003705184.tif 000006
【図４】
0003705184.tif 000007
【図５】
0003705184.tif 000008
【図６】
0003705184.tif 000009
【図７】
0003705184.tif 000010
【図８】
0003705184.tif 000011
【図９】
0003705184.tif 000012
【図１０】
0003705184.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
0003705184.tif 000015
【図１３】
0003705184.tif 000016
【図１４】
0003705184.tif 000017