(57)【要約】【課題】  内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置は、透過表示の明るさが不足しているという問題点がある。【解決手段】  第１の偏光板１１と、半透過反射層７と第１の基板１の間にパターンニング位相差層９を内在した液晶素子２０と、１／４波長位相板１４と、第２の偏光板１７とを備え、かつ、パターンニング位相差層は、１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すように配置することで、バックライトから出た光で半透過反射層の非開口部で反射した光をリサイクルできるので、高コントラストで明るい透過表示が得られ、かつ、高コントラストの反射表示も可能である内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置を得られた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光板と、第１の基板と第２の基板間に液晶を挟持した液晶素子と、前記第１の基板の外側に１／４波長位相差板と、第２の偏光板を備え、前記液晶素子の第１の基板の内側には、部分的に開口部を設けた半透過反射層と、該半透過反射層の開口部以外の非開口部の位置で、かつ該半透過反射層と第１の基板との間に設けたパターンニング位相差層とを備え、かつ、該パターンニング位相差層は、前記１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すように配置してある事を特徴とする半透過反射型液晶表示装置。
【請求項２】
波長４５０ｎｍの位相差値と波長６５０ｎｍの位相差値の商で示す前記１／４波長位相差板の波長分散性が前記パターニング位相差層の波長分散性より小さい事を特徴とする請求項１に記載した半透過反射型液晶表示装置。
【請求項３】
第１の偏光板と、第１の基板と第２の基板間に液晶を挟持した液晶素子と、前記第１の基板の外側に１／４波長位相差板と、１／２波長位相差板と、第２の偏光板を備え、前記液晶素子の第１の基板の内側には、部分的に開口部を設けた半透過反射層と、該半透過反射層の開口部以外の非開口部の位置で、かつ該半透過反射層と第１の基板との間に設けたパターンニング位相差層とを備え、前記１／４波長位相差板と前記１／２波長位相差板とで広帯域１／４波長位相差板を構成し、かつ、該パターンニング位相差層は、前記広帯域１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すように配置してある事を特徴とする半透過反射型液晶表示装置。
【請求項４】
前記第２の偏光板の外側に、第２の偏光板の透過軸とほぼ平行な透過軸を有する反射型偏光板を備えることを特徴とする請求項１、２、３のいずれか１項に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項５】
前記第２の基板の外側に散乱層を備えることを特徴とする請求項１、２、３のいずれか１項に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項６】
前記第２の基板と第１の偏光板の間に、１枚あるいは複数枚の光学異方素子を備えることを特徴とする請求項１、２、３のいずれか１項に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項７】
前記第１の基板と前記第２の基板のどちらか１方の基板に複数色のカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項１、２、３のいずれか１項に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置の構成に関し、特に、液晶素子内部に反射層を備えた内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置の反射表示のコントラストと透過表示のコントラストを改善し、かつ、明るい透過表示が得られる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型液晶表示装置は、一対の偏光板と、一方の偏光板の外側に配置した反射層の間に、ＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶素子や、ＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶素子を設けた反射型液晶表示装置が主に用いられている。しかし、この方式では明るさが低く、さらに、反射層がガラス基板の外側にあるので、視差により、表示に影が生じるという問題がある。
【０００３】
上記の対策として、反射層を液晶素子内部に形成し、偏光板１枚で表示が可能な内在反射方式の反射型液晶表示装置が提案されている。偏光板が１枚であるので、従来の偏光板を２枚用いる反射型液晶表示装置より明るさを改善することができる。また、反射層を液晶表示素子内部に形成することで、ガラス基板の厚みによる表示の影の問題も解決することが可能である。
【０００４】
また、反射層として、アルミニウムを蒸着やスパッタ法で膜厚が０．０１〜０．０３μｍと非常に薄く成膜し、ハーフミラー化した半透過反射層を用いたり、反射層に画素毎の開口部をフォトエッチングにより設けた半透過反射層を用い、外光が弱い場所や夜間にはバックライトの光で表示を行う内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置が開発されている。
【０００５】
この半透過反射型液晶表示装置の第１の従来例（特許文献１参照）を図面を用いて説明する。図１１は、従来の半透過反射型液晶表示装置の断面図である。図１１に示すように、液晶素子３０と、液晶素子３０の上側に、散乱層１５と光学異方素子として液晶ポリマー位相差板１２と第１の偏光板１１と、液晶素子３０の下側に設けた、１／４波長位相差板１４と、第２の偏光板１７と、バックライト１６により構成してある。
【０００６】
液晶素子３０は、アルミニウムからなる厚さ０．１５μｍの半透過反射層７と、アクリル系材料からなる厚さ２μｍの保護膜８と、透明電極であるＩＴＯからなる厚さ０．２μｍの第１の電極３とを形成した厚さ０．５ｍｍのガラス板からなる第１の基板１と、ＩＴＯからなる厚さ０．２μｍの第２の電極４が形成されている厚さ０．５ｍｍのガラス板からなる第２の基板２と、第１の基板１と第２の基板２を張り合わせるシール材５と、第１の基板１と第２の基板２とに挟持されているネマチック液晶からなる液晶層６とで形成してある。
【０００７】
この内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置は、液晶ポリマ−位相差板１２のツイスト角と、液晶層６の複屈折性を表すΔｎとセルギャップｄとの積であるΔｎｄ値、ならびに配置角度を最適化し、液晶素子のツイスト角と液晶ポリマ−位相差板のツイスト角に差を設け、かつ、液晶素子のΔｎｄ値と液晶ポリマ−のΔｎｄ値に差を設けることにより、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６を合成した複屈折性が、緑色の光の波長の約１／４波長相当になるように設定してある。反射表示において、電圧無印加状態のオフ状態では、入射光は半透過反射層７において円偏光（例えば右円偏光）となり、半透過反射層７で反射する際に、位相が１８０゜回転し、逆回転の円偏光（例えば左円偏光）となり、再度、液晶層６と液晶ポリマー位相差板１２を透過して、入射光と直交した直線偏光となり、
黒表示が得られる。
【０００８】
電圧を印加したオン状態では、液晶素子のΔｎｄ値が減少し、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６を合成した複屈折性がほぼゼロになるため、第１の偏光板を透過した入射光は、直線偏光のまま、半透過反射層７に到達し、そのまま入射光と平行な直線偏光で、第１の偏光板１１に戻ってくるため、白表示となり、良好なコントラストの反射表示が可能である。
【０００９】
なお、散乱層１５は、入射光が透過しやすく、出射光の散乱性能が良好である前方散乱性材料を用いることで、出射光があらゆる方向に広がり、視認性が向上する。この散乱層１５の代わりに、半透過反射層７自体を凸凹にして散乱性を付与することや、保護膜８に散乱性を持たせた散乱性保護膜を用いることも可能である。
【００１０】
つぎに、この従来の内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置の透過表示について説明する。第２の偏光板１７は、１／４波長位相差板の遅相軸に対して４５゜に配置してあり、バックライト１６から出た光は、第２の偏光板１７と１／４波長位相差板１４により円偏光となる。この円偏光の回転方向が、第１の偏光板から入射し、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶素子３０を透過した円偏光と逆回転になるように配置してあるので、電圧を印加していないオフ状態では、液晶ポリマ−位相差板１２を透過した光は第１の偏光板の透過軸に直交した直線偏光に戻り、透過光は第１の偏光板１１に吸収され、黒表示となる。電圧を印加したオン状態では、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６を合成した複屈折性がほぼセロになるため、１／４波長位相差板１４から出た円偏光のままで第１の偏光板１１へ到達し、白表示となる。
【００１１】
しかし、バックライト１６から出た光のうち、半透過反射層７の非開口部で反射してバックライト方向に戻る光は、１／４波長位相差板１４を２回通過する間に、偏光方向が９０゜回転し、第２の偏光板１７に吸収されてしまう。そのために、バックライトとの間で後述するリサイクル効果が得られず、暗い表示となる問題点があった。
【００１２】
この第２の問題点を解決するために、半透過反射層の上面にパターンニング位相差層を備えた半透過反射型液晶表示装置が開発された。この第２の従来例（特許文献２参照）を図１２に示した。位相差値が１／４波長相当であるパターンニング位相差層９を半透過反射層７の非開口部の位置で、半透過反射層７の液晶層側に設けてある。
【００１３】
液晶素子３１は、電圧無印加のオフ状態の複屈折性が１／４波長相当に設定されており、パターンニング位相差層の位相差を減算するように、配向処理がなされている。反射表示において、電圧を印加していないオフ状態では、液晶層とパターンニング位相差層の合計の位相差値はゼロとなり、入射光の偏向状態は変化せずに第１の偏光板１１に戻るために、第１の偏光板を透過し、白表示が得られる。つまり、電圧無印加時が白表示であるノーマリ白モードが得られる。電圧を印加したオン状態では、液晶分子が完全に立ち、液晶素子の複屈折性がほぼゼロになるので、液晶層６とパターンニング位相差層９の合計の位相差値は１／４波長となり、入射光は半透過反射層７において円偏光となり、半透過反射層７で反射する際に逆回転の円偏光となり、再度、パターンニング位相差層９と液晶層６を透過することで、入射光と直交した直線偏光となって第１の偏光板１１に吸収されるために黒表示が得られる。つまり、電圧無印加時が白表示であるノーマリ白モードが得られる。
【００１４】
一方、透過表示において、半透過反射層７の開口部には、パターンニング位相差層９が無いので、バックライト１６から出た光は、第２の偏光板１７を透過し、そのまま液晶層６へ入射する。第２の偏光板１７の透過軸を、第１の偏光板１１の透過軸と直交するよう
に配置すると、オン状態では、液晶層６の複屈折性はゼロであるため、第１の偏光板１１により吸収され黒表示となる。オフ状態では、液晶層の複屈折性が１／４波長相当であるため、液晶層６を透過した光は円偏光となり、第１の偏光板１１を透過し、白表示が得られる。
【００１５】
さらに、第２の偏光板１７を透過した光で、半透過反射層７の非開口部で反射してバックライト方向に戻る光は、図１１で示した従来の内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置の備える１／４波長位相差板１４が不要になるので、偏光状態が変化せず、第２の偏光板１７を透過してバックライト１６に戻り、再度、バックライト表面で反射し、その際に一部の光は偏光方向が回転し、第２の偏光板を透過することができる。この作用を繰り返すリサイクル効果により、明るい透過表示が得られる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−１７２９２５
【特許文献２】特開２００３−２７９９５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記のような技術を用いたことで、内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置の透過表示において、明るさが改善されたが、パターンニング位相差層の材料として、波長４５０ｎｍの位相差値と波長６５０ｎｍの位相差値の商で示す波長分散性γが非常に大きな材料である液晶ポリマ−等を用いているので、反射表示のオン状態において、全ての波長の光を完全な円偏光にすることができず、その結果、完全な黒表示が得られず、反射表示のコントラストが低下するという課題がある。
【００１８】
つまり、パターンニング位相差層を用いて、反射表示に用いる１／４波長位相差板を形成しているので、位相差値を波長で割った値は、青領域である４５０ｎｍ付近では、１／４より大きく、逆に赤領域である６５０ｎｍ付近では、１／４より小さくなり、どちらの領域でも完全な１／４波長位相差板として機能しない。つまり、入射した直線偏光のうち、緑領域である５５０ｎｍ付近の波長の光は円偏光となり、半透過反射板で反射し、逆回りの円偏光となり、入射光と直交した直線偏光となり、偏光板に吸収されるが、入射した直線偏光のうち、青領域の光と赤領域の光は、楕円偏光となってしまい、その結果、一部の光が偏光板を透過し、完全な黒表示が得られない。
【００１９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置において、特に、反射表示のコントラストと透過表示のコントラストを改善し、かつ、明るい透過表示が得られる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために本発明の第１の手段は、半透過反射型液晶表示装置において、  第１の偏光板と、第１の基板と第２の基板間に液晶を挟持した液晶素子と、前記第１の基板の外側に１／４波長位相差板と、第２の偏光板を備え、前記液晶素子の第１の基板の内側には、部分的に開口部を設けた半透過反射層と、該半透過反射層の開口部以外の非開口部の位置で、かつ該半透過反射層と第１の基板との間に設けたパターンニング位相差層とを備え、かつ、該パターンニング位相差層は、前記１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すように配置してある事を特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決するために本発明の第２の手段は、本発明の第１の手段において、波長４５０ｎｍの位相差値と波長６５０ｎｍの位相差値の商で示す前記１／４波長位相差板の波長分散性が、パターニング位相差層の波長分散性より小さい事を特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決するために本発明の第３の手段は、半透過反射型液晶表示装置において、 第１の偏光板と、第１の基板と第２の基板間に液晶を挟持した液晶素子と、前記第１の基板の外側に１／４波長位相差板と、１／２波長位相差板と、第２の偏光板を備え、前記液晶素子の第１の基板の内側には、部分的に開口部を設けた半透過反射層と、該半透過反射層の開口部以外の非開口部の位置で、かつ該半透過反射層と第１の基板との間に設けたパターンニング位相差層とを備え、前記１／４波長位相差板と前記１／２波長位相差板とで広帯域１／４波長位相差板を構成し、かつ、該パターンニング位相差層は、前記広帯域１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すように配置してある事を特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決するために本発明の第４の手段は、本発明の第１または第２または第３の手段において、前記第２の偏光板の外側に、第２の偏光板の透過軸とほぼ平行な透過軸を有する反射型偏光板を備えることを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決するために本発明の第５の手段は、本発明の第１または第２または第３の手段において、前記第２の基板の外側に散乱層を備えることを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決するために本発明の第６の手段は、本発明の第１または第２または第３の手段において、前記第２の基板と第１の偏光板の間に、１枚あるいは複数枚の光学異方素子を備えることを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決するために本発明の第７の手段は、本発明の第１または第２または第３の手段において、前記第１の基板と前記第２の基板のどちらか１方の基板に複数色のカラーフィルタを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
半透過反射層の非開口部と第１の基板の間に設けたパタ−ンニング位相差層を、１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すように配置することで、第２の偏光板から入射した光で、半透過反射層の非開口部で反射した光は、バックライトに戻り、再度、バックライト表面で反射して液晶表示装置へ戻るリサイクル効果により、明るい透過表示が得られる効果がある。
【００２８】
また、第２の従来例においては、パターンニング位相差層を用いて、反射表示に用いる光学異方性素子を形成していたが、  本発明の液晶表示装置では、液晶素子と第１の偏光板間に光学異方素子を備える事が可能であり、その光学異方素子として高分子を延伸した位相差板やねじれ位相差板を用いることで、光学異方性素子の実質的な波長分散性を、パターンニング位相差板の波長分散性より小さくする事が可能となり、反射表示において、良好な黒表示が得られ、反射のコントラストが向上する。
【００２９】
また、本発明の液晶表示装置では、液晶素子と第２の偏光板の間に備える１／４波長位相差板として、波長分散性γが、パターニング位相差層の波長分散性より小さい高分子を延伸した位相差板を１枚、あるいは、２枚の位相差板を用いることで、実質的な波長分散性γが１．０より小さくなる広帯域１／４波長位相差板を用いることで、透過表示においても、良好な黒表示が得られ、透過コントラストも改善する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良な半透過反射型液晶表示装置の構成と作用を説明する。図１は、本発明の液晶表示装置の構成を示す断面図であり、図２は本発明の液晶表示装置の画素部分を拡大した平面図であり、図３は、本発明のパターンニング位相差層の平面図である。
【００３１】
本発明の半透過反射型液晶表示装置は、液晶素子の内部にパターンニング位相差層９を備え、かつ、第１の基板１と第２の偏光板１７との間に、１／４波長位相差板１４を備えることを特徴としている。図１に示すように、液晶素子２０は、パターンニング位相差層９と、その上側の半透過反射層７と、保護膜８を備え、さらに第１の電極３が形成されている第１の基板１と、第２の電極４が形成されている第２の基板２と、第１の基板１と第２の基板２を張り合わせるシール材５と、第１の基板１と第２の基板２に挟持されているネマチック液晶よりなる液晶層６とを有している。
【００３２】
さらに本発明の液晶表示装置は、液晶素子２０の上側に設けた光学異方素子１０と、第１の偏光板１１と、液晶素子２０の下側に設けた１／４波長位相差板１４と、第２の偏光板１７と、バックライト１６で構成することができる。また、第２の基板２の外側には散乱層１５を設けてもよい。液晶層６は、ねじれの無いホモジニアス配向モードであり、緑色の光の波長５５０ｎｍの１／４波長相当である１４０ｎｍの位相差値を持っている。
【００３３】
図２に示したように、第１の電極３と第２の電極４の交差した部分が画素となる。画素の中央部分に、半透過反射層７にフォトエッチングで形成した開口部７ａを設けてある。この開口部７ａの面積が大きいほど、バックライト点灯時の透過表示の明るさは明るくなるが、逆に、反射表示が暗くなってしまう。例えば、開口部７ａの面積を３０％とすると、この半透過反射層７は３０％程度の光を透過し、残りの７０％の光を反射することになる。
【００３４】
このように構成した液晶表示装置は、内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置と呼ばれ、外光を用いた反射表示と、バックライト１６を用いた透過表示の両方が可能である。反射層が液晶素子内部にあり、視差が無いので、文字ボケが無く、クッキリと良好な反射表示が得られる。また、パターンニング位相差層９は、図３に示すように、半透過反射層の開口部７ａには存在せず、非開口部の位置だけに設けてあり、緑色の光の波長５５０ｎｍの１／４波長相当である１４０ｎｍの位相差値を持っている。
【００３５】
ここで、半透過反射層７は、厚さ０．１５μのアルミニウム薄膜を用い、パターンニング位相差層９は、厚さ０．５μの感光性液晶ポリマーを用いた。この液晶ポリマーは、波長４５０ｎｍの位相差値Ｒｅ４５０を波長６５０ｎｍの位相差値Ｒｅ６５０で割った波長分散性γ＝Ｒｅ４５０／Ｒｅ６５０＝１．１５であった。光学異方素子１０として、波長分散性γ＝１．０２のノルボルネン樹脂を延伸して製造した位相差値１４０ｎｍのフィルムを用いた。１／４波長位相差板１４も、光学異方素子１０と同一のフィルムを用いた。よって、１／４波長位相差板１４の波長分散性はパターニング位相差層の波長分散性より小さくなっている。
【００３６】
第１の偏光板１１の透過軸と光学異方性素子１０の光学軸の交差角は４５゜になるように配置してあり、第２の偏光板１７の透過軸と１／４波長位相差板１４の遅相軸の交差角も４５゜である。パターンニング位相差層９の遅相軸は、１／４波長位相差板の位相差をほぼ打ち消す様に、１／４波長位相差板の遅相軸に対し、直交に配置してある。
【００３７】
まず、反射表示について説明する。電圧無印加のオフ状態では、液晶層６の配向方向を、光学異方素子１０の遅相軸と平行に配置すると、液晶層６と光学異方素子１０の合計した位相差値は加算され１／２波長相当となる。外光は第１の偏光板１１から入射し、直線偏光となり、光学異方素子１０と液晶層６を透過し、光学異方素子１０と液晶層６を合計した位相差値は１／２波長相当であるので、入射光は９０゜回転した直線偏光となって半透過反射層７に到達する。半透過反射層７で、入射光の位相が１８０゜回転するが、直線偏光の場合、回転前と等価であり、そのまま、再度、液晶層６と光学異方素子１０を透過
すると、さらに９０゜回転し、つまりは、入射偏光と平行な状態で第１の偏光板１１に戻り、第１の偏光板１１を透過して白表示となる。
【００３８】
電圧を印加したオン状態では、液晶分子が立ち、液晶層６の位相差がほぼゼロとなる。第１の偏光板を透過した直線偏光は、光学異方素子１０を透過すると円偏光（例えば右円偏光）となる。液晶層６の位相差はゼロであるのでそのまま透過し、半透過反射層７へ到達する。半透過反射層で位相が１８０゜回転し、逆回りの円偏光（例えば左円偏光）となり、再度、光学異方素子１０を通過すると、入射時と直交した振動方向の直線偏光となり、第１の偏光板１１に吸収され、黒表示となる。
【００３９】
ここで、光学異方素子１０として、波長分散性γ＝１．０２と小さいフィルムを用いたので、従来のパタ−ンニング位相差板を用いた反射型液晶表示装置よりも、高コントラストが得られる。つまり、従来のパターンニング位相差板の波長分散性γ＝１．１５であり、青領域の波長４５０ｎｍの位相差は１５５ｎｍで、位相差Ｒｅと波長λの商であるＲｅ４５０／λ＝０．３４４と１／４よりかなり大きく、一方、赤領域の波長６５０ｎｍの位相差は１３５ｎｍで、位相差Ｒｅと波長λの商であるＲｅ６５０／λ＝０．２０８と１／４よりかなり小さくなる。その結果、第１の偏光板１１を透過した直線偏光のうち、緑領域の波長５５０ｎｍの光は円偏光となるが、それ以外の波長の光は楕円偏光となり、オン状態でも完全な黒表示が得られなかった。
【００４０】
一方、本発明では、光学異方素子１０として、波長分散性γ＝１．０１と小さいフィルムを用いたので、青領域の波長４５０ｎｍの位相差は１３９ｎｍで、位相差Ｒｅと波長λの商であるＲｅ４５０／λ＝０．３０９と１／４より僅かに大きく、一方、赤領域の波長６５０ｎｍの位相差は１３８ｎｍで、位相差Ｒｅと波長λの商であるＲｅ６５０／λ＝０．２１２と１／４より僅かに小さくなる。その結果、第１の偏光板１１を透過した直線偏光のうち、緑領域の波長５５０ｎｍの光は円偏光となる、それ以外の波長の光もかなり円偏光に近くなり、オン状態で良好な黒表示が得られる。
【００４１】
つぎに、バックライトを用いた透過表示について説明する。オフ状態では、バックライト１６から出た光は、第２の偏光板１７を通過し直線偏光となり、１／４波長位相差板１４を透過し、円偏光となり、半透過反射層７の開口部７ａを透過する。半透過反射層の開口部７ａには、パターンニング位相差層９は形成されていないので、そのままの偏光状態で、液晶層６へ入射する。液晶層６と光学異方素子１０を合計した位相差値は１／２波長相当であるので、位相は９０゜回転するが、円偏光状態のまま第１の偏光板１１を透過し、白表示となる。
【００４２】
液晶層に電圧を印加したオン状態では、液晶分子が立ち、液晶層の位相差値はゼロであるので、１／４波長位相差板１４を透過した円偏光は、光学異方素子１０により直線偏光に戻る。ここで、第２の偏光板１７と１／４波長位相差板１４の配置を、第１の偏光板１１と光学位相素子１０の円偏光と逆回転の円偏光になるように配置することで、円偏光から戻った直線偏光は、第１の偏光板１１の透過軸と直交し、第１の偏光板に吸収され、黒表示となり、ノ−マリ白モ−ドの液晶表示装置となる。
【００４３】
ここで、１／４波長位相差板１４の波長分散性γ＝１．０１と、パターニング位相差層の波長分散性γ＝１．１５より小さいので、第２の偏光板から入射した直線偏光は、全ての波長領域でほぼ円偏光となり、オン状態において、光学異方素子１０に波長分散性の小さな材料を用いることで、全ての波長領域でほぼ直線偏光に戻り、良好な黒が得られ、その結果、高コントラストの透過表示となる。
【００４４】
また、半透過反射層の非開口部には、パターンニング位相差板を、１／４波長位相差板
の位相差をほぼ打ち消すように配置したので、バックライト１６から出た光で、半透過反射層の非開口部を透過できずに反射した光は、そのままの偏光状態で、再度、パターンニング位相差板９と１／４波長位相差板１４を透過し、第２の偏光板１７を透過し、バックライト１６に到達する。バックライトの表面の拡散板やプリズムシートで、再度、反射し、第２の偏光板１７に戻る。この第２の偏光板を透過した光の一部が、今度は半透過反射層の開口部７ａを通過する。半透過反射層を透過できなかった光は再度、バックライトに戻る。この作用を繰り返すことにより、いわゆるリサイクル効果により、明るい透過表示が得られる。以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００４５】
図１〜図５は本発明の実施例１を示す図である。図１は本実施例における液晶表示装置の構成要素を説明するための断面図で、図２は画素部を拡大した平面図で、図３はパターンニング位相差層の平面図で、図４と図５は構成要素の配置関係示す平面図である。以下、図面を用いて、本発明の半透過反射型液晶表示装置の構成を説明する。
【００４６】
本実施例の液晶表示装置は、図１に示すように、液晶素子２０と、液晶素子２０の上側に設けた光学異方素子１０と、第１の偏光板１１と、液晶素子２０の下側に設けた１／４波長位相差板１４と、第２の偏光板１７と、バックライト１６により構成した。
【００４７】
第１の偏光板１１と光学異方素子１０は、アクリル系粘着剤で貼り付けてあり、光学異方素子１０と液晶素子２０とは、アクリル系粘着剤に微粒子を混入してある粘着散乱層１５で貼り付けてある。また、第２の偏光板１７と１／４波長位相差板１４は、液晶素子２０とアクリル系粘着剤で貼り付けた。
【００４８】
第１の偏光板１１と第２の偏光板１７は、ヨウ素タイプの吸収型偏光板であり、なるべく明るく、かつ、偏光度が高いことが好ましく、本実施例では、透過率４５％で偏光度９９．９％の材料を使用した。第１の偏光板１１の表面に、屈折率の異なる無機薄膜を、真空蒸着法やスパッタ法で数層コートした反射率が０．５％程度の無反射層を設けることで、第１の偏光板１１の表面反射が低下することで透過率が改善し、明るくなり、また、黒レベルが低下することでコントラストも改善し、さらに好ましい。
【００４９】
光学異方素子１０として、ノルボルネン樹脂を一軸延伸し、位相差値が１４０ｎｍである位相差板（商品名ア−トン）を使用した。１／４波長位相差板１４も、光学異方素子１０と同一材料を使用した。ここで、波長４５０ｎｍの位相差値をＲｅ４５０、波長６５０ｎｍの位相差値をＲｅ６５０、波長分散性γ＝Ｒｅ４５０／Ｒｅ６５０と定義すると、ノルボルネンを用いた光学異方素子と１／４波長位相差板の波長分散性γ＝１．０１であった。
【００５０】
バックライト１６は、光源として蛍光灯やＬＥＤを用い、光源からの光を導光板に入れて、導光板からの出射光を用いたものや、光源と反射板と拡散板等で構成した、光源で直接照明する方法や、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）板などの自発光型の平面光源を用いることが可能であるが、本実施例では厚さが約１ｍｍの導光板に、発光色が白色ＬＥＤ光源を取り付けた白色バックライトを用いた。
【００５１】
液晶素子２０は、液晶性ポリマ−からなるパターンニング位相差層９と、アルミニウムからなる厚さ０．１５μｍの半透過反射層７と、アクリル系材料からなる厚さ２μｍの保護膜８と、透明電極材料であるＩＴＯで形成した厚さ０．２μｍの第１の電極３を備える厚さ０．５ｍｍのガラス板である第１の基板１と、ＩＴＯからなる厚さ０．２μｍの第２の電極４が形成されている厚さ０．５ｍｍのガラス板からなる第２の基板２と、第１の基板１と第２の基板２を張り合わせるシール材５と、第１の基板１と第２の基板２とに挟持
されている、ねじれの無いホモジニアス配向のネマチック液晶からなる液晶層６とで構成した。
【００５２】
図２に示したように、第１の電極３と第２の電極４の交差した部分が画素となる。半透過反射層７には、画素のほぼ中央部に、長方形の開口部７ａをフォトエッチングにより形成した。
【００５３】
つぎに、パターンニング位相差層９の製造方法について説明する。第１の基板に、配向膜を印刷法またはスピンナ−法で塗布し、所望の角度でラビングを行った。つぎに、この配向膜上に感光性の液晶性高分子モノマ−をスピンナ−法で塗布し、等方性温度より高い８０〜１００゜Ｃに加熱し、徐々に冷却して液晶性高分子モノマーを配向させる。つぎに、フォトマスクを用いて、半透過反射層７の非開口部にだけＵＶ露光を行い、液晶性高分子モノマ−をポリマ−化させた。その後、有機系溶剤で現像し、非硬化の液晶性高分子モノマ−を取り除くことで、図３に示したように、半透過反射層７の非開口部（反射部）のみに厚さ約０．５μｍで位相差値１４０ｎｍのパターンニング位相差層９を形成した。
【００５４】
その後、アルミニウムを低温スパッタリング法を用いて全面に厚さ０．１５μの薄膜を形成し、その後、フォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いて露光、現像、エッチングを行うフォトエッチングを用いて、半透過反射層７に開口部７ａを形成した。
【００５５】
つぎに、各構成部材の配置関係を図面を用いて説明する。図４は、液晶素子２０と液晶素子の下側に配置する構成部材の配置関係を示し、図５は、液晶素子２０の上側の配置する構成部材の配置関係を示す。３時方向の水平軸Ｈを基準に、反時計回りを正、時計回りを負の回転と定義した。第１の電極３と第２の電極４の表面には配向膜（図示せず）を形成し、図４に示すように、第１の基板１は、水平軸Ｈに対して、９０度方向にラビング処理することで、下液晶分子配向方向６ａは＋９０゜となり、第２の基板２も９０゜方向にラビング処理することで上液晶分子配向方向６ｂも＋９０゜となり、ねじれの無いホモジニアス配向の液晶素子２０を形成した。
【００５６】
使用するネマチック液晶の複屈折差Δｎは０．０８で、第１の基板１と第２の基板２のすきまであるセルギャップｄは１．７５μｍとした。従って、ネマチック液晶の複屈折差Δｎとセルギャップｄとの積で表す、液晶素子２０の複屈折性を示すΔｎｄ値は、１４０ｎｍであり、１／４波長位相差板相当となる。
【００５７】
第１の偏光板の透過軸１１ａは、図５に示すように、水平軸Ｈを基準にして、−４５゜に配置する。光学異方素子の光学軸１０ａは、ここでは遅相軸となり、水平軸Ｈを基準にして、９０゜に配置する。つまり、光学異方素子の光学軸１０ａと液晶分子の配向方向は平行に配置され、光学異方素子１０と液晶素子２０の位相差は加算され、合計した位相差は１／２波長相当となる。
【００５８】
図４に示すように、液晶素子２０の下側に配置した、第２の偏光板１７の透過軸１７ａは、水平軸Ｈに対して−１５゜に配置し、１／４波長位相差板の遅相軸１４ａは、−６０゜に配置し、第２の偏光板の透過軸１７ａと１／４波長位相差板の遅相軸１４ａの交差角は４５゜になっている。パターンニング位相差板の遅相軸９ａは、水平軸Ｈを基準にして＋３０゜に配置し、１／４波長位相差板の遅相軸１４ａと直交しており、パターンニング位相差層９と１／４波長位相差板１４の位相差は減算される。パターンニング位相差層９の位相差値は、１／４波長位相差板の位相差値とほぼ等しいので、１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すことができる。
【００５９】
本実施例の液晶表示装置の反射モードと透過モードの動作原理については、既に説明し
たので省略する。本実施例の効果について、再度、簡単に説明する。反射表示に全ての光を完全に円偏光とすることで、完全な黒が得ることができる。そのためには、位相差板の位相差値は、全ての波長に対して１／４であることが必用である。つまり、青の波長である４５０ｎｍの位相差Ｒｅ４５０＝１１３ｎｍ、緑の波長である５５０ｎｍの位相差がＲｅ５５０＝１３８ｎｍ、赤の波長である６５０ｎｍの位相差Ｒｅ６５０＝１６３ｎｍの位相差板が理想であり、波長分散性γ＝Ｒｅ４５０／Ｒｅ６５０＝０．６９が最適となる。
【００６０】
図１２に示した第２の従来例では、パターンニング位相差層９を半透過反射層７の上側に設置しており、波長分散性γ＝１．１５と大きい材料である液晶ポリマーを使用してパターンニング位相差層を形成している。この波長分散性γの大きなパターンニング位相差層９を光学異方素子として使用しているため、オン時に完全な黒を得ることができず、反射コントラストが低下する。また、製造面でも複雑であり、均一な黒表示が難しく、ムラが生じやすい。一方、図１に示した本実施例では、波長分散性γ＝１．０１と小さい材料を、光学異方素子１０として使用しており、その結果、かなり広い波長範囲の光を円偏光にすることが可能となり、オン状態に良好な黒を得ることができ、ムラの少ない、高コントラストの反射表示を得る事ができる。光学異方素子１０の波長分散性は、反射時のコントラストを考慮すると、先に記述したように、０．６９付近の値のものが最も好ましい。
【００６１】
また、本実施例の透過表示において、１／４波長位相差板１４として、波長分散性γの小さい材料を用いているので、オン状態において、バックライト１６から第２の偏光板１７を透過した光は、１／４波長位相差板１４を透過し、広範囲の波長領域で円偏光となり、さらに、光学異方素子１０により完全な直線偏光に戻り、第１の偏光板１１に吸収されるので、完全な黒が得られ、高コントラストの透過表示も得る事ができる。１／４波長位相差板の波長分散性γは、パターニング位相差層の波長分散性より小さいことが好ましく、コントラストを考慮すると、全ての波長に対して完全に円偏光とする事ため、０．６９付近の値のものが最も好ましい。
【００６２】
また、図１１に示した第１の従来例の内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置は、第２の偏光板と半透過反射層の間に、１／４波長位相差板を第２の偏光板の透過軸との交差角４５゜に備えるので、第２の偏光板から入射し、半透過反射層の非開口部で透過できずに反射した光は、１／４波長位相差板を２回透過する間に偏光方向が９０゜回転し、第２の偏光板に吸収されたが、図１に示した本実施例では、パターンニング位相差層９を１／４波長位相差板１４と半透過反射層７の間に備え、１／４波長位相差板の位相差で発生する位相差値をほぼ打ち消すように配置したことで、半透過反射層の非開口部の位相差値は、ほぼゼロになっている。そのために、バックライト１６から入射した光のうち、半透過反射層７を透過できずに、第２の偏光板の方に反射された光は、入射光と同一方向の直線偏光のままで戻り、第２の偏光板を透過する。この透過した光がバックライト１６の表面で反射し、再度利用され、いわゆるリサイクル効果により、明るい透過表示が得られた。
【００６３】
このように、第１の偏光板１１と、光学異方素子１０と、パターンニング位相差層９と半透過反射層７とを第１の基板に内在した液晶素子２０と、１／４波長位相差板１４と第２の偏光板１７を備え、かつ、１／４波長位相差板１４として波長分散性γの小さい材料を用いることにより、明るく高コントラストの反射表示が得られ、かつ、明るく高コントラストの透過表示が得られ、かつ、内在反射方式での反射表示であるため視差の無い半透過反射型液晶表示装置を得られた。
【００６４】
本実施例では、１／４波長位相差板１４として、波長分散性γ＝１．０１のノルボルネン樹脂を用いたが、γ＝１．１前後のポリカーボネートを用いても、多少、透過コントラストは低下するが、同様なリサイクル効果が得られ、明るい透過表示が得られる。特に、γ＝１．０５以下の材料であれば、反射コントラストの改善は良好であり、特に、波長分
散性γ＝０．８１と理想値であるγ＝０．６９にかなり近い商品名ピュアエースを用いることで、さらに良好な透過特性が得られる。
【００６５】
本実施例では、光学異方素子１０として、波長分散性γ＝１．０１の位相差板を１枚用いたが、波長分散性γがさらに小さい材料である商品名ピュアエースを用いることで、さらに良好な反射特性が得られる。また、２枚の位相差板を用い、１枚は１／４波長位相差板、もう１枚を１／２波長位相差板として、所定の配置し、実質的な波長分散性γを０．６９に近づけた、いわゆる広帯域１／４波長位相差板を用いることで、さらに良好な反射特性が得られる。
【００６６】
本実施例では、光学異方素子１０を、液晶素子２０と第１の偏光板１１の間に設けたが、液晶素子２０の光学条件と、第１の偏光板の配置角を最適化することで、反射コントラストは本実施例よりも低下するが、光学異方素子１０を設けなくても、同様な効果が得られ、明るい透過表示が得られる。
【００６７】
本実施例では、液晶素子２０として、ねじれの無いホモジニアス配向の液晶素子を用いたが、液晶素子の実質的な位相差が１／４波長相当であれば、７０゜ツイスト前後のＴＮモードや、１８０゜ツイスト〜２５０゜ツイストのＳＴＮモードの液晶素子を用いても、同様な半透過反射型液晶表示装置が可能である。
【００６８】
本実施例では、散乱層１５を液晶素子２０の上側に配置したが、半透過反射層７に凸凹を設け、散乱性を持たせることで、散乱層１５を設けなくても、同様な半透過反射型液晶表示装置が提供することが可能である。また、保護膜８に散乱性を持たせた、散乱性保護膜としてもよい。
【００６９】
本実施例では、半透過反射層７として、アルミニウム薄膜を用いたが、アルミニウム合金や銀合金の薄膜や、反射率を改善するためや表面を保護するために、透明部を形成後、アルミニウムの表面に無機酸化物、例えば、ＳｉＯ２，ＴｉＯ２の多層膜を用いることも可能である。
【実施例２】
【００７０】
つぎに、本発明における実施例２の半透過反射型液晶表示装置の構成について説明する。本実施例の液晶表示装置は、液晶素子の下側に２枚の位相差板を備える事が、実施例１の構成と異なっている。
【００７１】
本実施例における液晶表示装置の構成を、図面を用いて説明する。図６は本実施例の液晶表示装置の構成要素を説明するための断面図で、図７は本実施例のパターンニング位相差層の平面図で、図８と図９は構成要素の配置関係示す平面図である。以下、図面を用いて、本発明の半透過反射型液晶表示装置の構成を説明する。
【００７２】
本実施例の半透過反射型液晶表示装置は、図６に示すように、液晶素子２１と、液晶素子２１の上側に設けた散乱層１５と、光学異方素子として液晶ポリマー位相差板１２と、第１の偏光板１１と、液晶素子２１の下側に設けた１／４波長位相差板１４と１／２波長位相差板１８と第２の偏光板１７と、バックライト１６により構成した。第１の偏光板１１、第２の偏光板１７、バックライト１６は、実施例１と同一材料である。
【００７３】
第１の偏光板１１と液晶ポリマ−位相差板１２は、アクリル系粘着剤で貼り付けてあり、液晶ポリマー位相差板１２と液晶素子２１とは、アクリル系粘着剤に微粒子を混入してある粘着散乱層１５で貼り付けてある。また、第２の偏光板１７と１／４波長位相差板１４と１／２波長位相差板１８は、液晶素子２１とアクリル系粘着剤で貼り付けた。
【００７４】
光学異方素子として用いた液晶ポリマー位相差板１２は、ねじれ構造を持つ液晶性高分子ポリマーを、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムに配向処理してから塗布し、１５０゜Ｃ程度の高温で、液晶状態にして、ツイスト角を調整後、室温まで急冷して、そのねじれ状態を固定化したフィルムを用いた。
【００７５】
あるいは、配向用フィルムに配向処理を施し、液晶性高分子ポリマーを塗布し、ねじれ状態を固定後、別に用意したＴＡＣフィルムに、液晶性高分子ポリマーを配向用フィルムから転写して形成したフィルムを用いても構わない。本実施例では、ツイスト角は右回り１８０゜で、複屈折性を示すΔｎｄ値Ｒｃ＝７３０ｎｍの右回りの液晶ポリマ−位相差板１２を用い、波長分散性γ＝１．１５であった。
【００７６】
１／４波長位相差板１４は、位相差値１４０ｎｍで、緑色の波長である５５０ｎｍの約１／４波長相当としてあり、波長分散性γ＝１．１０のポリカーボネート樹脂を延伸して作成した。１／２波長位相差板１８は、位相差値２８０ｎｍで、緑の波長の約１／２波長相当であり、同じく、波長分散性γ＝１．１０のポリカーボネート樹脂を延伸して作成した。
【００７７】
液晶素子２１に用いたネマチック液晶の複屈折差Δｎは０．１５で、第１の基板１と第２の基板２のすきまであるセルギャップｄは５．６μｍであり、従って、ネマチック液晶の複屈折差Δｎとセルギャップｄとの積で表す、液晶素子２１のツイスト角は左回り２４０゜で、複屈折性を示すΔｎｄ値は８４０ｎｍである。
【００７８】
本実施例にもちいたパターンニング位相差層９の製造法について説明する。第１の基板１に、光配向用配向膜を印刷法またはスピンナー法で塗布する。その後、フォトマスクをもちいて、半透過反射層の非開口部にだけ、直線偏光ＵＶを、所望の角度で照射し、その後、熱処理により完全硬化した。この光配向用配向膜上に感光性の液晶性高分子モノマ−をスピンナ−法で塗布し、等方性温度より高い７０〜９０゜Ｃに加熱し、徐々に冷却して液晶性高分子モノマーを配向させる。この際、直線偏光ＵＶを照射した部分は、液晶性高分子モノマーは配向するが、非照射部はランダム配向となっている。次に、全面にＵＶ照射を行う事で、液晶性高分子モノマ−をポリマ−化させた。図７に示したように、半透過反射層７の非開口部（反射部）は液晶性高分子ポリマ−が配向しており、厚さ約０．５μｍで位相差１４０ｎｍのパターンニング位相差層９を形成し、半透過反射層の開口部には、位相差値がほぼゼロの部分９ｂを形成した。
【００７９】
パターンニング位相差層９を形成後、その上に半透過反射層であるアルミニウムやアルミニウム合金を低温スパッタリング法で形成し、実施例１と同様なフォトエッチングで半透過反射層７に開口部を形成した。
【００８０】
つぎに、各構成部材の配置関係を図８と図９を用いて説明する。図８は、液晶素子２１と液晶素子２１の下側に配置する構成部材の配置関係を示し、図９は、液晶素子２１の上側に配置する構成部材の配置関係を示す。第１の電極３と第２の電極４の表面には配向膜（図示せず）を形成し、図８に示すように、第１の基板１は、水平軸Ｈに対して、右上がり３０方向にラビング処理することで、下液晶分子配向方向６ａは＋３０゜となり、第２の基板２は右下がり３０゜方向にラビング処理することで上液晶分子配向方向６ｂは−３０゜となる。粘度２０ｃｐのネマチック液晶には、カイラル材と呼ぶ旋回性物質を添加し、ねじれピッチＰを１１μｍに調整し、左回りでツイスト角２４０゜ツイストのＳＴＮモードの液晶素子２１を形成した。
【００８１】
第１の偏光板の透過軸１１ａは、図９に示すように、水平軸Ｈを基準にして、−５０゜に、配置する。液晶ポリマ−位相差板１２の下分子配向方向１２ａと上分子配向方向１２ｂは、どちらも水平軸Ｈを基準にして＋６０゜に配置し、右回りでツイスト角１８０゜となる。このような条件の液晶ポリマー位相差板を設けることにより、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６を合成した複屈折性が約１／４波長相当になるように設定することができる。
【００８２】
第２の偏光板の透過軸１７ａは、図８に示したように、水平軸Ｈに対して平行に配置し、パターンニング位相差層の遅相軸９ａは、水平軸Ｈに対して、−４５゜になるように形成し、１／４波長位相差板の遅相軸１４ａは水平軸Ｈに対して＋１５゜に、１／２波長位相差板の遅相軸１８ａは水平軸Ｈに対して＋７５゜に配置する。１／４波長位相差板の遅相軸１４ａと１／２波長位相差板の遅相軸１８ａの交差角は６０゜であり、合成した位相差が全ての波長範囲で１／４波長となる、いわゆる広帯域１／４波長位相差板を形成しており、この広帯域１／４波長位相差板の実質的な遅相軸は、水平軸Ｈに対して＋４５゜（図示せず）になり、第２の偏光板の透過軸１７ａとの交差角は４５゜となる。このように波長分散性γ＝１．１０の２枚の位相差板を用いることで、実質的に、波長分散性γ＝０．８程度の１／４波長位相差板相当の効果を得られる。また、パターンニング位相差層９の遅相軸９ａは、広帯域１／４波長位相差板の実質的な遅相軸と直交しており、かつ、パターンニング位相差層９の位相差値が１／４波長であるので、広帯域１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すことができる。
【００８３】
つぎに、本実施例の動作原理について図６を用いて説明する。反射表示において、電圧無印加状態のオフ状態では、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６の合成した位相差値が１／４波長相当となっているので、入射光は円偏光となって半透過反射層７に到達し、位相が１８０゜回転して逆回転の円偏光となって反射し、再度、液晶層６と液晶ポリマー位相差板１２を透過することで、入射光と直交した直線偏光となり、第１の偏光板に吸収され、黒表示が得られる。電圧を印加したオン状態では、液晶素子のΔｎｄ値が減少し、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６を合成した複屈折性がほぼゼロになるため、第１の偏光板を透過した入射光は、直線偏光のまま、半透過反射層７に到達し、そのまま入射光と平行な直線偏光で、第１の偏光板１１に戻ってくるため、白表示となり、良好なコントラストの反射表示が可能である。
【００８４】
また、第２の従来例の様に、均一な製造が難しいパターンニング位相差層を、反射表示の光学異方素子として使用せず、外部に設けた液晶ポリマー位相差板を光学異方素子として用いたので、ムラの少ない、反射表示が得られた。
【００８５】
透過表示においても、パターンニング位相差層９の位相差値がゼロである部分９ｂが形成されている半透過反射層の開口部７ａでは、バックライト１６から出た光は、第２の偏光板１７を透過して、直線偏光となる。１／２波長位相差板１８と１／４波長位相差板１４により、実質的には広帯域１／４波長位相差板となっており、直線偏光は円偏光となる。この円偏光の回転方向が、第１の偏光板から入射し、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶素子２１を透過した円偏光と逆回転になるように配置してあるので、電圧を印加していないオフ状態では、液晶ポリマ−位相差板１２を透過した光は第１の偏光板の透過軸に直交した直線偏光に戻り、透過光は第１の偏光板１１に吸収され、黒表示となる。電圧を印加したオン状態では、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６を合成した複屈折性がほぼセロになるため、１／４波長位相差板１４から出た円偏光のままで第１の偏光板１１へ到達し、白表示となり、ノーマリ黒モードの液晶表示装置となる。
【００８６】
半透過反射層の非開口部と第１の基板１との間に、位相差値が１／４波長相当のパターンニング位相差層９を備え、かつ、１／４波長位相差板１４と１／２波長位相差板１８か
らなる広帯域１／４波長位相差板を備え、その広帯域１／４波長位相差板の実質的な遅相軸は、水平軸Ｈに対して＋４５゜となり、水平軸Ｈに対して−４５゜に配置したパタ−ンニング位相差層の遅相軸９ａと直交しているので、広帯域１／４波長位相差板の位相差を打ち消す。従って、第２の偏光板から入射した直線偏光は、１／２波長位相差板１８と１／４波長位相差板１４とパターンニング位相差層９とを透過しても、偏光状態は変化せず、そのままの形で半透過反射層７に到達する。半透過反射層の非開口部で反射した光は、再度、パターンニング位相差層９と１／４波長位相差板１４と１／２波長位相差板１８、そして、第２の偏光板１７を透過し、バックライト１６に戻る。
【００８７】
バックライト１６に戻った光は、再度、バックライト表面で反射し、第２の偏光板１７へ戻るリサイクル効果により、従来より非常に明るい透過表示が得られる。さらに、２枚の位相差板を用い、実質的に波長分散性γ＝０．８の広帯域１／４波長位相差板を、液晶素子２１と第２の偏光板１７の間に備えた事により、高コントラストの透過表示が得られた。
【００８８】
このように、第１の偏光板１１と液晶ポリマ−位相差板１２と、パターンニング位相差層９と半透過反射層７を第１の基板に内在した液晶素子２１と、１／４波長位相差板１４と１／２波長位相差板１８と第２の偏光板１７により、高コントラストで、明るい透過表示が得られ、かつ、高コントラストの反射表示も可能である半透過反射型液晶表示装置を提供できた。
【００８９】
なお、本実施例では、液晶素子２１と第１の偏光板１１の間に、光学異方素子として、液晶ポリマー位相差板１２を備えたが、１枚あるいは複数枚の１軸延伸した位相差板を用いることも可能である。あるいは、１枚も光学異方素子を備えないことも可能である。
【００９０】
また、本実施例では、液晶素子２１として、２４０゜ツイストのＳＴＮ液晶を用いたが、１８０゜〜２５０゜ツイストのＳＴＮ液晶素子、７０゜〜１００゜ツイストのＴＮ液晶素子、ねじれの無いホモジニアス配向液晶素子、垂直配向のホメオトロピック液晶素子でも同様な効果が得られる。
【００９１】
また、本実施例では、１／４波長位相差板と１／２波長位相差板として、波長分散性γ＝１．１のポリカーボネート材料を用いたが、波長分散性γ＝１．０１のノルボルネン樹脂や、さらに波長分散性の小さい材料を用いることも可能であり、さらに高コントラストの透過表示が得られる。
【００９２】
また、本実施例では、１／４波長位相差板と１／２波長位相差板の交差角が６０゜に配置したが、合成した位相差が１／４波長となり、波長分散性γがパターニング位相差層の波長分散性より小さく、好ましくは１．０以下になるような範囲であれば、多少交差角がずれても、同様な効果が得られる。
【実施例３】
【００９３】
つぎに、本発明における実施例３の半透過反射型液晶表示装置の構成について説明する。本実施例の液晶表示装置は、第１の基板に、カラーフィルタを備えることでカラー表示が可能となっていること、第２の偏光板の外側に反射型偏光板を備えている事が、実施例２の構成と異なっている。
【００９４】
本実施例の半透過反射型液晶表示装置は、図１０に示すように、液晶素子２２と、液晶素子２２の上側に設けた散乱層１５と、光学異方素子としての液晶ポリマー位相差板１２と、第１の偏光板１１と、液晶素子２２の下側に設けた１／４波長位相差板１４と、１／２波長位相差板１８と第２の偏光板１７と、反射型偏光板１９と、バックライト１６によ
り構成した。第１の偏光板１１、液晶ポリマ−位相差板１２、１／４波長位相差板１４、１／２波長位相差板１８、第２の偏光板１７、バックライト１６は、実施例２と同一材料であり、配置関係も同一である。
【００９５】
反射型偏光板１９は、反射軸と透過軸を持ち、通常の吸収型偏光板のように光を吸収しない。本実施例では、屈折率の異なる材料の多層膜である３Ｍ社製、商品名Ｄ−ＢＥＦを、透過軸が第２の偏光板１７の透過軸と同一になるように配置した。
【００９６】
液晶素子２２は、パターンニング位相差層９と、アルミニウムからなる厚さ０．１５μｍの半透過反射層７と、赤フィルタＲ、緑フィルタＧ、青フィルタＢの３色で構成するカラーフィルタ１３と、アクリル系材料からなる厚さ２μｍの保護膜８と、ＩＴＯからなる厚さ０．２μｍの第１の電極３とを形成した厚さ０．５ｍｍのガラス板からなる第１の基板１と、ＩＴＯからなる厚さ０．２μｍの第２の電極４が形成されている厚さ０．５ｍｍのガラス板からなる第２の基板２と、第１の基板１と第２の基板２を張り合わせるシール材５と、第１の基板１と第２の基板２とに挟持されている、左回り２４０゜ツイスト配向のネマチック液晶からなる液晶層６とで形成した。
【００９７】
つぎに、本実施例の動作原理について、簡単に説明する。反射表示と透過表示について、基本的な動作は実施例２と同一であるので省略する。液晶素子２２にカラーフィルタ１３を内在しており、カラーフィルタ１３と半透過反射層７との距離が近く、視差による混色がないので、高彩度のカラー反射表示が可能となる。
【００９８】
また、光吸収がほとんどない反射型偏光板１９を、第２の偏光板１７の外側に備えた事で、バックライト１６から出た光のうち、第２の偏光板の透過軸方向の光は透過するが、従来は吸収されていた第２の偏光板の吸収軸方向の光は、反射型偏光板１９の反射軸方向であるため、反射型偏光板で反射し、バックライト１６に戻る。バックライト表面の拡散板やプリズムシートで再度、反射し、第２の偏光板１７へ戻るリサイクル効果で、明るい透過表示が得られる。
【００９９】
つぎに、実施例３の効果について説明する。実施例２と同様に、パターンニング位相差層９を半透過反射層の下部に備え、液晶素子と第２の偏光板の間に、１／４波長位相差板と１／２波長位相差板とで構成される広帯域１／４波長位相差板を配置し、よって、パターンニング位相差層は、広帯域１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すことができる。第２の偏光板を透過した直線偏光は、ほぼそのままの状態で半透過反射層の非開口部に到達し、そこで反射して、第２の偏光板を透過してバックライトにまで戻り、再度、バックライトで反射するリサイクル効果で、高コントラストで明るい透過表示が得られる。さらに反射型偏光板１９を備えた事で、半透過反射層７で反射して、バックライトに戻り、バックライト表面で反射した光が、第２の偏光板に吸収されないので、前述した通常の反射型偏光板のリサイクル効果との相乗効果が発生し、リサイクル効果がさらにアップするので、従来の１．５倍以上の非常に明るい表示が得られた。
【０１００】
このように、第１の偏光板１１と光学異方素子として液晶ポリマー位相差板１２と、半透過反射層７とパターンニング位相差層９とカラーフィルタ１３を内在した液晶素子２２と、１／４波長位相差板と１／２波長位相差板と第２の偏光板１７と反射型偏光板１９とバックライト１６を備え、かつ、１／４波長位相差板と１／２波長位相差板で、波長分散性γ＝１．０以下の広帯域１／４波長位相差板を形成することにより、外光を用いる反射表示においては、良好なコントラストのカラー表示が可能であり、外光が少ない環境ではバックライト１６を点灯し、高コントラストで明るいカラー透過表示が得られる半透過反射型液晶表示装置を得られた。
【０１０１】
また、本実施例では、カラーフィルタ１３を第１の基板１に設けたが、第２の基板２の液晶側で、第２の電極４と第２の基板２の間にカラーフィルタを形成することも可能である。しかし、カラーフィルタを第１の基板に設ける方が、保護膜８を、カラーフィルタの平坦化と、半透過反射膜７と第１の電極３との絶縁層を兼ねることが可能となり、好ましい。
【０１０２】
また、本実施例では、カラーフィルタ１３として、赤緑青の３色を用いたが、シアン、イエロー、マゼンタの３色のカラーフィルタを用いても、同じように、明るいカラー表示が可能である。また、透過率が多少低くても高彩度のカラーフィルタを備え、カラーフィルタの半透過反射層の非開口部の位置の一部を取り除き、カラーフィルタ無し部分を画素内に設けると、高彩度の透過表示と、明るい反射表示を両立することが可能となる。
【０１０３】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、開口を設けた半透過反射層と第１の基板の間にパターンニング位相差層を備え、かつ、第２の偏光板と液晶素子の間に、１枚あるいは複数枚の位相差板を用いて構成した１／４波長位相差板を備え、かつ、パターンニング位相差層は、１／４波長位相差板で発生する位相差をほぼ打ち消すように配置してあることにより、高コントラストで明るい反射表示と、高コントラストの透過表示が得られ、かつ、リサイクル効果により明るい透過表示が得られる内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施例１における半透過反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１における半透過反射型液晶表示装置の画素部を拡大した平面図である。
【図３】本発明の実施例１における半透過反射型液晶表示装置のパターンニング位相差層を拡大した平面図である。
【図４】本発明の実施例１における半透過反射型液晶表示装置の配置関係を示す平面図である。
【図５】本発明の実施例１における半透過反射型液晶表示装置の配置関係を示す平面図である。
【図６】本発明の実施例２における半透過反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例２における半透過反射型液晶表示装置のパターンニング位相差層を拡大した平面図である。
【図８】本発明の実施例２における半透過反射型液晶表示装置の配置関係を示す平面図である。
【図９】本発明の実施例２における半透過反射型液晶表示装置の配置関係を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施例３における半透過反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図１１】従来の内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図１２】従来のパターンニング位相差層を備えた半透過反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  第１の基板
２  第２の基板
３  第１の電極
４  第２の電極
５  シール材
６  液晶層
６ａ  下液晶分子配向方向
６ｂ  上液晶分子配向方向
７  半透過反射層
７ａ  半透過反射層の開口部
８  保護膜
９  パターンニング位相差層
９ａ  パターンニング位相差層の遅相軸
１０  光学異方素子
１０ａ  光学異方素子の光学軸
１１  第１の偏光板
１１ａ  第１の偏光板の透過軸
１２  液晶ポリマ−位相差板
１２ａ  液晶ポリマ−位相差板の下分子配向方向
１２ｂ  液晶ポリマ−位相差板の上分子配向方向
１３  カラ−フィルタ
１４  １／４波長位相差板
１５  散乱層
１６  バックライト
１７  第２の偏光板
１７ａ  第２の偏光板の透過軸
１８  １／２波長位相差板
１９  反射型偏光板
２０、２１、３０、３１  液晶素子
Ｒ  赤フィルタ
Ｇ  緑フィルタ
Ｂ  青フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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