(57)【要約】【課題】本発明は、半透過反射型の液晶表示装置及び電子機器に関し、反射表示及び透過表示の双方の表示モードにおける表示特性を向上させ、特に、反射表示モードにおける階調反転をなくして視認性を高めることを目的とする。【解決手段】上下の基板１３，１４間に二色性色素Ｓを含んだ液晶層１６を挟持し、上基板１４及び下基板１３の外面側に透過軸方向が互いに直交するように偏光板３６，２８を配置する。そして、上偏光板３６の透過軸方向とその内面に接する液晶分子Ｌの配向方向とが概ね平行となり、下偏光板２８の透過軸方向とその内面に接する液晶分子Ｌの配向方向とが概ね垂直となるようにする。また、液晶層のリタデーション値ΔｎｄがΔｎｄ＝０．８６６・λ（λ：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）を満たすように構成する。【選択図】　図１
2004012964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する上基板と下基板との間に液晶層が挟持され、１つのドット領域内に透過表示領域と反射表示領域とを有する半透過反射型の液晶表示装置であって、
前記上基板の外面側に上偏光板が設けられるとともに前記下基板の外面側に下偏光板が設けられ、前記液晶層は、二色性色素が混入された誘電異方性が正の液晶組成物を含み、前記液晶層の液晶分子は、非選択電圧印加時に前記上基板と前記下基板との間において基板面に平行な面内で略９０°ねじれており、前記上偏光板の透過軸方向と前記上基板の内面に接する液晶分子の配向方向とは概ね平行であり、前記下偏光板の透過軸方向と前記下基板の内面に接する液晶分子の配向方向とは概ね垂直であり、前記液晶層のリタデーション値Δｎｄ（Δｎ：屈折率異方性，ｄ：液晶層厚）が、Δｎｄ＝０．８６６・λ（λ：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）であることを特徴とする、液晶表示装置。
【請求項２】
前記上基板と前記下基板との間にカラーフィルタが設けられたことを特徴とする、請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記カラーフィルタが設けられた前記ドット領域の前記液晶層厚ｄが、前記λを前記カラーフィルタの色の波長として、Δｎｄ＝０．８６６・λであることを特徴とする、請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載の液晶表示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、液晶表示装置および電子機器に関し、特に、半透過反射型の液晶表示装置であって、反射モードのみならず、透過モード時にも十分に明るい表示が可能な液晶表示装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、明るい場所では、通常の反射型の液晶表示装置と同様に外光を利用し、暗い場所では、内部の光源により表示を視認可能にした液晶表示装置が提案されている。この液晶表示装置は、反射モードと透過モード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周囲が暗い場合でも明瞭な表示を行うことができる。以下、本明細書では、この種の液晶表示装置のことを「半透過反射型液晶表示装置」という。半透過反射型液晶表示装置の一形態として、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膜を下基板の内面に備え、この反射膜を半透過反射膜として機能させるものが提案されている。なお、本明細書では液晶表示装置を構成する各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。
【０００３】
図９は、この種の半透過反射膜を用いた半透過反射型液晶表示装置の一例を示している。
この液晶表示装置１００では、一対のガラス基板１０１，１０２間に液晶層１０３が挟持されており、下基板１０１の内面に、開口部１０４ａを有する半透過反射層１０４、透明電極１０８、配向膜１０７が形成されている。一方、上基板１０２の内面には、透明電極１１２、配向膜１１３が形成されている。また、上基板１０２の外面側には、２枚の位相差板１１８、１１９（これら位相差板は１／４波長板１２０として機能する）、上偏光板１１４が配置され、下基板１０１の外面側には、１／４波長板１１５、下偏光板１１６が設けられている。また、光源１２２、導光板１２３、反射板１２４等からなるバックライト１１７が下偏光板１１６の下方に配置されている。なお、１／４波長板１１５，１２０は、ある波長帯域において直線偏光をほぼ円偏光にすることができるものである。
【０００４】
図９に示す半透過反射型液晶表示装置１００の表示原理を以下、図１０を用いて説明する。なお、図１０では、図９の液晶表示装置の構成要素のうち、表示原理の説明に必要なものだけを図示している。
まず、暗表示を行う場合には、液晶層１０３に電圧を印加して（オン状態として）液晶層１０３での位相差がない状態としておく。反射表示においては、上偏光板１１４の上方から入射した光は、上偏光板１１４の透過軸を紙面に垂直とすると、上偏光板１１４を透過した後、紙面に垂直な直線偏光となり、さらに１／４波長板１２０を透過した後、左回りの円偏光となり、液晶層１０３を透過する。そして、半透過反射層１０４の表面で反射すると回転方向が反転して右回りの円偏光となり、液晶層１０３を透過し、１／４波長板１２０を透過した後、紙面に平行な直線偏光となる。ここで、上偏光板１１４は紙面に垂直な透過軸を有しているので、反射光は上偏光板１１４に吸収されて外部（観察者側）へは戻らず、暗表示となる。
【０００５】
一方、透過表示においては、バックライト１１７から出射された光は、下偏光板１１６の透過軸を紙面に平行とした場合、下偏光板１１６を透過した後、紙面に平行な直線偏光となり、さらに１／４波長板１１５を透過した後、右回りの円偏光となり、液晶層１０３を透過する。そして、右回りの円偏光が１／４波長板１２０を透過した後、紙面に平行な直線偏光となり、反射モードと同様、上偏光板１１４に吸収されて暗表示となる。
【０００６】
次に、明表示を行う場合には、液晶層１０３に電圧を印加しない状態（オフ状態）とし、このときの液晶層１０３での複屈折効果による位相差が１／４波長になるように設定しておく。反射表示においては、上偏光板１１４の上方から入射し、上偏光板１１４、１／４波長板１２０を透過した後の左回りの円偏光は、液晶層１０３を透過して半透過反射層１０４の表面に到達した段階で紙面に平行な直線偏光となる。そして、半透過反射層１０４の表面で反射して液晶層１０３を透過すると、再度左回りの円偏光となり、１／４波長板１２０を透過した後、紙面に垂直な直線偏光となる。ここで、上偏光板１１４は紙面に垂直な透過軸を有しているので、反射光は上偏光板１１４を透過して外部（観察者側）へ戻り、明表示となる。
【０００７】
一方、透過表示においては、バックライト１１７から入射し、下偏光板１１６、１／４波長板１１５を透過した後の右回りの円偏光は、液晶層１０３を透過した段階で紙面に垂直な直線偏光となる。そして、紙面に垂直な直線偏光が１／４波長板１２０を透過すると左回りの円偏光となり、上偏光板１１４は紙面に垂直な透過軸を有しているので、左回りの円偏光のうち、紙面に垂直な直線偏光のみが上偏光板１１４を透過して明表示となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図９、図１０に示す液晶表示装置１００によれば、外光の有無に関わらず表示の視認が可能ではあるものの、反射表示に比べて透過表示の明るさが不足するという問題があった。
その原因の一つは、図１０による表示原理の説明で述べたように、透過表示で明表示を行う場合、液晶層１０３、１／４波長板１２０を透過して上偏光板１１４に入射される光が円偏光となっているので、その円偏光の略半分の光が上偏光板１１４で吸収されてしまい、表示に寄与しないからである。
【０００９】
また、他の原因の一つは、バックライト１１７から出射された光のうち、半透過反射層１０４の開口部１０４ａを通過せず、半透過反射層１０４の裏面で反射した光は、回転方向が反転して左回りの円偏光となり、１／４波長板１１５を透過すると紙面に垂直な直線偏光になる。そして、この直線偏光が紙面に平行な透過軸を有する下偏光板１１６によって吸収されることになる。つまり、バックライト１１７から出射された光のうち、開口部１０４ａを通過しなかった光が、仮に下偏光板１１６に吸収されることなく下偏光板１１６を透過してバックライト１１７まで戻ってくれば、この戻り光が再度液晶セルに向けて出射されるが、実際には半透過反射層１０４の裏面で反射した後、下偏光板１１６によってほぼ全てが吸収されてしまい、再利用できないからである。
【００１０】
ところで、二色性色素を添加した液晶、いわゆるゲストホスト液晶については良く知られている。このゲストホスト液晶を半透過反射型液晶表示装置に用いた場合、反射表示部では光が液晶層を２回通過するのに対して、透過表示部においては光が液晶層を通過するのは１回だけであるので、二色性色素による光の吸収量が反射表示部と透過表示部とで異なる。したがって、透過表示で充分なコントラストが得られるように色素濃度を調整すると、非常に反射率の低い反射表示しか得られない。逆に、反射表示で充分な明るさと適正なコントラストが得られるように色素濃度を調整すると、透過表示においては非常に低いコントラストになってしまうという問題があった。
【００１１】
このようにゲストホスト液晶を半透過反射型液晶表示装置に適用した場合、反射表示と透過表示の双方で良好な光学特性を得るのは困難であった。この問題点を解決する手法が特開平１１−２４２２２６号公報に開示されているが、この手法では反射表示部と透過表示部とで同時刻の液晶の配向状態を異ならせることが必須であり、そのために装置構成が複雑で製造も困難であるという欠点を有している。
【００１２】
また、上基板の外面側に上偏光板を設けたＴＮモードのゲストホスト液晶を用いて反射表示を行なう場合、電圧無印加状態から徐々に液晶層に電圧を印加していったときに、表示が一旦明るくなった後に再度表示が暗くなる現象（階調反転現象）が観察される。これは、電圧印加による旋光性の消失と共に実効的なΔｎｄが小さくなっていく過程で発生していると考えられる。すなわち、ＴＮ液晶では旋光性を十分に発揮するためにはΔｎｄが下記のモーガン条件（１）を満たす必要があるが、印加電圧の増大に伴って実効的なΔｎｄが小さくなるため、液晶層内を伝播した光は十分に旋光されずに楕円偏光となって偏光板に一部吸収されてしまう。
Δｎｄ＞２λ・・・（１）
このような階調反転現象は表示を正面から見た場合にも生じ、特に光が液晶層を二回通過する反射表示時で顕著に現れ、視認性を低下させる要因となっていた。
【００１３】
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、反射表示と透過表示の双方が可能な半透過反射型の液晶表示装置において、双方の表示モードにおける表示特性を向上させるとともに、階調反転のない視認性に優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。また、本発明は、反射表示と透過表示の双方の表示モードにおける表示特性を向上させ、優れた視認性を有する液晶表示部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】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、互いに対向する上基板と下基板との間に液晶層が挟持され、１つのドット領域内に透過表示領域と反射表示領域とを有する半透過反射型の液晶表示装置であって、前記上基板の外面側に上偏光板が設けられるとともに前記下基板の外面側に下偏光板が設けられ、前記液晶層は、二色性色素が混入された誘電異方性が正の液晶組成物を含み、前記液晶層の液晶分子は、非選択電圧印加時に前記上基板と前記下基板との間において基板面に平行な面内で略９０°ねじれており、前記上偏光板の透過軸方向と前記上基板の内面に接する液晶分子の配向方向とは概ね平行であり、前記下偏光板の透過軸方向と前記下基板の内面に接する液晶分子の配向方向とは概ね垂直であり、前記液晶層のリタデーション値Δｎｄ（Δｎ：屈折率異方性，ｄ：液晶層厚）が、Δｎｄ＝０．８６６・λ（λ：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）であることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、本発明の液晶表示装置は、二色性色素が混入された誘電異方性が正の液晶組成物を含む略９０°ツイスト配向した液晶層を挟む上基板と下基板とを有し、各基板の外面に偏光板を所定の角度で配置したものである。この構成において、反射表示では液晶による光の旋光性と二色性色素による光の吸収を、透過表示では液晶による旋光性のみを利用することになり、これにより、反射表示と透過表示の双方の表示特性を同時に向上することができる。透過表示側から言えば、透過表示は、色素の二色性にほとんど関係なく、液晶配向のねじれによる光の旋光性を利用したＴＮ（ツイステッドネマティック）モードを用いているので、反射表示のコントラストとは独立して容易に高いコントラストを得ることができる。
【００１６】
また、透過表示に円偏光を用いないため、明表示時に上偏光板で吸収される成分がなく、反射表示領域における反射層の裏面側で反射された光が下偏光板で吸収される成分もないため、光の再利用が可能になり、透過表示を明るくすることができる。なお、本発明の詳細な作用および表示原理については［発明の実施の形態］の項で説明する。
さらに、本発明の液晶表示装置においては、透過表示部と反射表示部の同時刻における液晶の配向状態は基本的に同じでよく、複雑な構成を必要としない。
また、液晶層のリタデーション値Δｎｄが、Δｎｄ＝０．８６６・λとなるように構成されているため、反射表示においては階調反転をなくして表示品質を高めることができ、透過表示においてはリサイクル光の利用で明るく高コントラストな表示を得ることができる。なお、Δｎｄ＝０．８６６・λとすべき根拠については、［発明の実施の形態］の項で後述する。
【００１７】
なお、上基板と下基板との間にカラーフィルタを設けてもよい。
この構成によれば、反射表示、透過表示の双方で明瞭なカラー表示が可能な液晶表示装置を実現することができる。
また、このカラーフィルタが設けられたドット領域の液晶層厚ｄを、λをカラーフィルタの色の波長として、Δｎｄ＝０．８６６・λを満たすように構成してもよい。
この構成によれば、カラーフィルタの色毎に液晶層のリタデーションΔｎｄが最適に設定されるため、コントラストを一層高めることができる。
【００１８】
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、反射表示、透過表示の双方ともに明るく、階調反転のない視認性に優れた液晶表示部を備えた電子機器を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について図１，図２を参照して説明する。
図１は本実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図であり、図２はその表示原理を説明するための図であって、表示原理の説明に必要な構成要素のみを示す図である。本実施形態はアクティブマトリクス方式の半透過反射型カラー液晶表示装置の例である。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００２０】
本実施の形態の液晶表示装置１０は、図１に示すように、液晶セル１１とバックライト１２（照明装置）とを備えたものである。液晶セル１１は、下基板１３と上基板１４とが対向配置され、これら上基板１４と下基板１３とに挟まれた空間に、二色性色素を添加した誘電率異方性が正のＴＮ液晶が封入されて液晶層１６が構成されている。そして、液晶セル１１の後面側（下基板１３の外面側）にバックライト１２が配置されている。本実施の形態における二色性色素は、液晶に添加したときに二色性色素分子Ｓが液晶分子Ｌと同方向に配向するものであり、液晶分子Ｌの配向方向に平行な直線偏光に対して最大の吸光度を示し、液晶分子Ｌの配向方向に垂直な直線偏光に対して最小の吸光度を示す、いわゆるＰ型の二色性色素である。
【００２１】
ガラスやプラスチックなどの透光性材料からなる下基板１３の内面側には、アルミニウム、銀、またはこれらの合金等の反射率の高い金属膜からなる半透過反射層１８が形成されている。半透過反射層１８には、バックライト１２から出射された光を透過させるための開口部１８ａが各ドット毎に設けられており、半透過反射層１８の形成領域のうち、実際に金属膜が存在している部分が反射表示領域Ｒ、開口部１８ａの部分が透過表示領域Ｔを構成している。
【００２２】
そして、開口部１８ａの部分を含む半透過反射層１８上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　ＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の透明導電膜からなる画素電極２３が形成され、画素電極２３を覆うようにポリイミド等からなる配向膜２４が積層されている。本実施の形態の場合、下基板１３はＴＦＴ等の画素スイッチング素子、データ線、走査線等が形成された素子基板から構成されているが、図１においては画素スイッチング素子、データ線、走査線等の図示は省略する。また、下基板１３の外面側には下偏光板２８が設けられている。
【００２３】
一方、ガラスやプラスチックなどの透光性材料からなる上基板１４の内面側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３２、ポリイミド等からなる配向膜３３が順次積層されている。また、上基板１４の外面側には上偏光板３６が設けられている。なお、図示を省略したが、上基板１４の内面側にはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色素層を有するカラーフィルタが設けられている。
【００２４】
上基板１４側、下基板１３側の配向膜３３，２４はともにラビング処理等の水平配向処理がなされており、上基板１４側の配向膜３３の配向方向は図１における紙面に平行な方向、下基板１３側の配向膜２４の配向方向は図１における紙面に垂直な方向にそれぞれ設定されている。このため、液晶層１６の液晶分子Ｌと二色性色素分子Ｓとは非選択電圧印加（電圧オフ）時に上基板１４と下基板１３との間において基板面に平行な面内で略９０°ツイストした状態となっている。
【００２５】
また、上偏光板３６の透過軸方向、下偏光板２８の透過軸方向はともに図１における紙面に平行な方向に設定されている。すなわち、上偏光板３６の透過軸方向と上基板１４の内面に接する液晶分子Ｌの配向方向とは概ね平行とされ、下偏光板２８の透過軸方向と下基板１３の内面に接する液晶分子Ｌの配向方向とは概ね垂直とされている。
さらに、液晶層１６のリタデーションΔｎｄ（Δｎ：液晶層１６の屈折率異方性、ｄ：液晶層厚）の値は、液晶層１６を通過する可視光の波長をλ、Ｎを自然数として、下式（２）を満たすように設定している。
Δｎｄ＝λ／２・（４Ｎ２−１）０．５・・・（２）
【００２６】
式（１）は、透過表示において電圧オフ時の透過光量を最小にするものとして一般に知られており、これにより、高いコントラストが得られるようになっている。また、本実施形態の液晶表示装置では、上記Ｎの値を１に設定して液晶層１６のリタデーションΔｎｄを下式（３）を満たすように構成し、階調反転をなくして視認性を向上させるようになっている。
Δｎｄ＝０．８６６λ　・・・（３）
【００２７】
つまり、電圧印加により実効的なΔｎｄが小さくなっていく過程で、旋光性の消失と共に色素分子による吸収は減少するので明るくなるのであるが、液晶層内を伝播した光は十分に旋光されずに楕円偏光となっているので偏光板の偏光軸からずれた光が一部吸収されてしまい、暗くなるのである。Δｎｄが大きい場合には、Δｎｄが小さい場合に比較して同じ電圧における実効的なΔｎｄが大きいので楕円偏光の度合いも大きくなり、階調反転時の輝度の落ち込みが大きくなる。このため、透過表示時の高いコントラスト性能を損なわない範囲で、液晶層厚ｄを薄くしてΔｎｄを極力小さく設定しているのである。また、液晶層厚ｄが薄くなることで、高輝度，高速応答化，低閾値電圧等の効果も得られる。
【００２８】
なお、Δｎｄの値は、λを可視光の波長域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍとして、一定の幅を有しており、コントラスト等の要求仕様に基づいて最適値に設定される。例えば、上式（３）のλを視感度の高いＧ（５５０ｎｍ）に近い光の波長に合わせることで、高いコントラストが得られるようになっている。
【００２９】
バックライト１２は、光源３７と反射板３８と導光板３９を有しており、導光板３９の下面側（液晶パネル１と反対側）には、導光板３９中を透過する光を液晶セル１１側に向けて出射させるための反射板４０が設けられている。
【００３０】
以下、本実施の形態の液晶表示装置１０の表示原理を図２を用いて説明する。
まず、反射モードで暗表示を行う場合（図２の左側参照）には、液晶層１６に電圧を印加しない状態（非選択電圧印加状態）とし、液晶分子Ｌおよび二色性色素分子Ｓが上下基板間で略９０°ツイスト配向した状態とする。上偏光板３６の上方から入射した光は、上偏光板３６の透過軸が紙面に平行なので、上偏光板３６を透過した後、紙面に平行な直線偏光となる。
【００３１】
この直線偏光は、液晶分子Ｌのねじれに沿って二色性色素分子Ｓに吸収されながら旋光し、半透過反射層１８に到達して反射された後、さらに同じ経路を通って二色性色素分子Ｓに吸収されながら旋光して戻ってくる。この場合、光は液晶層１６を２度通ることになるため、二色性色素に充分に吸収される。仮に二色性色素で充分に吸収しきれなかった光があったとしても、反射光が上偏光板３６に戻ってきたときには紙面に垂直な直線偏光となっているので、上偏光板３６で吸収される。よって、充分に暗い暗表示がなされ、コントラストの向上につながる。
【００３２】
次に、反射モードで明表示を行う場合（図２の右側参照）には、液晶層１６に電圧を印加した状態（選択電圧印加状態）とし、液晶分子Ｌおよび二色性色素分子Ｓが基板面の略法線方向に立ち上がった状態とする。この場合、上偏光板３６の上方から入射した紙面に平行な直線偏光は、液晶層１６を往復する間、二色性色素分子Ｓによってほとんど吸収されず、旋光することもなく、そのまま上偏光板３６に戻ってくる。したがって、この光は上偏光板３６を透過し、外部（観察者側）へ戻るため、明表示となる。
【００３３】
一方、透過モードで暗表示を行う場合（図２の左側参照）には、液晶分子Ｌおよび二色性色素分子Ｓの配向は反射モード、暗表示の場合と同様にしておく。バックライト１２から入射した光は、下偏光板２８の透過軸を紙面に平行とすると、下偏光板２８を透過した後、紙面に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、その偏光方向が下基板１３に接する側の二色性色素分子Ｓの配向方向と直交しているので、二色性色素分子Ｓにはほとんど吸収されず、液晶の持つ旋光性により偏光方向が略９０°回転した紙面に垂直な直線偏光となって上基板１４側に到達する。この直線偏光は、その偏光方向が上偏光板３６の透過軸方向と直交しているので、上偏光板３６に吸収されて透過できず、暗表示となる。また、旋光しきれない光の成分を二色性色素が吸収してくれるので、暗表示がより暗くなり、コントラストが向上するという効果も得られる。
【００３４】
次に、透過モードで明表示を行う場合（図２の右側参照）には、液晶分子Ｌおよび二色性色素分子Ｓの配向は反射モード、明表示の場合と同様、基板面に対して略垂直配向の状態としておく。この配向状態のときには、色素による光の吸収がほとんどないとともに、液晶の旋光性も消滅しているので、バックライト１２から入射した光は、紙面に平行な直線偏光のまま、液晶層１６を透過して上偏光板３６に到達する。この直線偏光は、その偏光方向が上偏光板３６の透過軸方向に平行なので、上偏光板３６を透過して外部（観察者側）へ戻り、明表示となる。特に透過モードの場合、光が液晶層１６を１回しか通過しないので、反射表示用に色素濃度を設定した液晶層１６の透過表示における明るさ低下への影響は少なくて済む。
【００３５】
また、透過モードにおいて、下偏光板２８を透過した紙面に平行な直線偏光のうち、半透過反射層１８の裏面で反射した光は、そのまま下偏光板２８を透過してバックライト１２に戻り、バックライト１２下面の反射板４０で反射して再度液晶セル１１に向けて出射されるので、半透過反射層１８の裏面で反射した光を再利用して透過表示に寄与させることができる。
【００３６】
本実施の形態の液晶表示装置１０においては、反射表示では液晶による光の旋光性と二色性色素による光の吸収の双方を利用し、透過表示では液晶による光の旋光性のみを利用することによって、反射表示と透過表示の双方の表示特性を独立に設定することができる。すなわち、反射表示はゲストホストモードを用い、二色性色素の添加量等によりコントラストを調節する一方、透過表示は、二色性色素にほとんど関係なく、液晶配向のねじれによる光の旋光性を利用したＴＮモードを用いているので、反射表示のコントラストとは独立して容易に高いコントラストを得ることができる。
【００３７】
なお、二色性色素の添加量については、通常のゲストホストモードと異なり、少ない方が望ましい。その理由は、本実施の形態の場合、反射表示においては、色素による吸収のみを用いるのではなく、液晶の持つ光の旋光性も合わせて用いるため、色素はそれ程多くなくても足りることと、色素が多いと、分子が垂直配向していても明表示における吸収分が増えることとなり、明るさが暗くなるからである。
【００３８】
また、透過表示に円偏光を用いないため、明表示時に上偏光板３６で吸収される成分がなく、反射表示領域Ｒにおける半透過反射層１８の裏面側で反射された光が下偏光板２８で吸収される成分もないため、光の再利用が可能になり、透過表示を明るくすることができる。さらに、本実施の形態の液晶表示装置においては、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒの同時刻における液晶分子の配向状態は基本的に同じでよく、複雑な構成を必要としないので、製造が容易である。
さらに、液晶層１６のリタデーション値Δｎｄが上式（３）を満たすように液晶層厚を設定しているため、反射表示においては階調反転のない視認性に優れた表示を得ることができ、透過表示においては明るく高コントラストな表示を得ることができる。
【００３９】
次に、本発明の第２実施形態について図３を用いて説明する。なお、図３においても図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。また、図１，図２を用いて説明した上記第１実施形態と同様の部位については同じ符号を付し、その説明を一部省略する。
図３に示すように、本実施形態の液晶表示装置１０′は上記第１実施形態と同様に半透過反射型の構成を有し、液晶セル１１は、下基板１３と上基板１４とが対向配置され、これら上基板１４と下基板１３とに挟まれた空間に、二色性色素を添加した誘電率異方性が正のＴＮ液晶が封入されて液晶層１６が構成されている。
【００４０】
ガラスやプラスチックなどの透光性材料からなる下基板１３の内面側には、アルミニウム、銀、またはこれらの合金等の反射率の高い金属膜からなる半透過反射層１８が形成されている。半透過反射層１８には、バックライト１２から出射された光を透過させるための開口部１８ａが各ドット毎に設けられており、半透過反射層１８の形成領域のうち、実際に金属膜が存在している部分が反射表示領域Ｒ、開口部１８ａの部分が透過表示領域Ｔを構成している。
【００４１】
また、下基板１３の内面側には、半透過反射層１８を被覆するように、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色素層５０１〜５０３を有するカラーフィルタ５０が設けられている。これらの色素層５０１〜５０３は、それぞれ６５０ｎｍ，５５０ｎｍ，４５０ｎｍ付近に透過波長領域を有し、短波長側に透過波長領域を有するものほど厚く構成されている。そして、Ｒドット〜Ｂドットの液晶層１６のリタデーションΔｎｄが、色素層５０１〜５０３の各波長λに基づいて独立に構成されている。
【００４２】
つまり、Ｒ（λ＝６５０ｎｍ），Ｇ（λ＝５５０ｎｍ），Ｂ（λ＝４５０ｎｍ）の各ドットのΔｎｄは、上式（３）に基づいて、それぞれ５６３ｎｍ，４７６ｎｍ，３９０ｎｍとなるように構成されている。これにより、色毎に液晶層１６のリタデーションが最適に設定され、透過表示時のコントラストを一層高めることができる。なお、各色素層間にはブラックマトリクス６０が格子状に形成され、Ｒ，Ｇ，Ｂの各ドットが光学的に分離されている。
【００４３】
そして、このカラーフィルタ５０の上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜からなる画素電極２３′が形成され、画素電極２３′を覆うようにポリイミド等からなる配向膜２４′が積層されている。本実施の形態の場合、下基板１３はＴＦＴ等の画素スイッチング素子、データ線、走査線等が形成された素子基板から構成されているが、図３においては画素スイッチング素子、データ線、走査線等の図示は省略する。また、下基板１３の外面側には下偏光板２８が設けられている。
【００４４】
一方、ガラスやプラスチックなどの透光性材料からなる上基板１４の内面側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３２、ポリイミド等からなる配向膜３３が順次積層されている。また、上基板１４の外面側には上偏光板３６が設けられている。
上基板１４側、下基板１３側の配向膜３３，２４はともにラビング処理等の水平配向処理がなされており、上基板１４側の配向膜３３の配向方向は図１における紙面に平行な方向、下基板１３側の配向膜２４の配向方向は図１における紙面に垂直な方向にそれぞれ設定されている。このため、液晶層１６の液晶分子Ｌと二色性色素分子Ｓとは非選択電圧印加（電圧オフ）時に上基板１４と下基板１３との間において基板面に平行な面内で略９０°ツイストした状態となっている。
【００４５】
また、上偏光板３６の透過軸方向、下偏光板２８の透過軸方向はともに図１における紙面に平行な方向に設定されている。すなわち、上偏光板３６の透過軸方向と上基板１４の内面に接する液晶分子Ｌの配向方向とは概ね平行とされ、下偏光板２８の透過軸方向と下基板１３の内面に接する液晶分子Ｌの配向方向とは概ね垂直とされている。
バックライト１２は、光源３７と反射板３８と導光板３９を有しており、導光板３９の下面側（液晶パネル１と反対側）には、導光板３９中を透過する光を液晶セル１１側に向けて出射させるための反射板４０が設けられている。
【００４６】
したがって、本実施形態の液晶表示装置１０′でも、上記第１実施形態と同様に、反射表示では液晶による光の旋光性と二色性色素による光の吸収の双方を利用し、透過表示では液晶による光の旋光性のみを利用することによって、反射表示と透過表示の双方の表示特性を向上させることができる。また、液晶層厚が上式（３）に基づいて設定されているため、反射表示においては階調反転がなく、透過表示においては高コントラストな表示を得ることができる。さらに、色素層５０１〜５０３の厚みを変えて液晶層厚を調節することで、Ｒドット〜Ｇドットの液晶層１６のリタデーションを色毎に最適に設定しているため、透過表示時のコントラストを一層高めることができる。
【００４７】
［電子機器］
上記第１実施形態又は第２実施形態の液晶表示装置を備えた電子機器の例について説明する。
図４は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図４において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記第１実施形態又は第２実施形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００４８】
図５は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図５において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は上記第１実施形態又は第２実施形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００４９】
図６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６において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は上記第１実施形態又は第２実施形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００５０】
図４〜図６に示す電子機器は、上記第１実施形態又は第２実施形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を備えているので、反射モード、透過モードにかかわらず明るく視認性に優れた表示が得られる表示部を有する電子機器を実現することができる。
【００５１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば本発明は、上記実施の形態のようにアクティブマトリクス方式の半透過反射型カラー液晶表示装置に限ることなく、パッシブマトリクス方式、ドットマトリクス方式や白黒表示の液晶表示装置に適用することも可能である。
【００５２】
【実施例】
本発明者らは、本発明の効果を実証するために本発明に係る構成の液晶表示装置を実際に作製し、透過率と反射率、およびコントラストを測定した。その結果について以下、報告する。
【００５３】
本実施例では、式（３）に基づいて、液晶のリタデーションΔｎｄがそれぞれＲ（λ＝４５０ｎｍ），Ｇ（λ＝５５０ｎｍ），Ｂ（λ＝６５０ｎｍ）の波長の光に対して最適となるように構成された三種類の液晶セルＣ１〜Ｃ３を作製した。液晶セルＣ１〜Ｃ３を作製するに当たっては、誘電異方性が正の液晶組成物として、ＭＪ９６４１１（商品名、メルク社製）にカイラル物質を少量添加したものを用いた。この液晶組成物の屈折率異方性Δｎは５８９ｎｍの波長の光に対して０．１２である。また、二色性色素として下記の表１に示す４種類の色素（三菱化学社製）を用い、表１に示した混合比で混合して黒色色素とした。そして、この黒色色素を所定の濃度で上記液晶に混合してゲストホスト液晶とし、このゲストホスト液晶を９０°ツイストのＴＮセルに注入した。上下の偏光板にはＳＥＧ１４２５ＤＵ（商品名、日東電工社製、偏光度：９９．９％）を用いた。
【００５４】
【表１】
2004012964.tif 000003
【００５５】
この際、液晶セルＣ１〜Ｃ３のセル厚をそれぞれ３．４μｍ，４．０４μｍ，４．３９μｍとなるように構成し、リタデーションΔｎｄがそれぞれ４０８ｎｍ，４８５ｎｍ，５２７ｎｍとなるようにしている（表２参照）。また、各液晶セルＣ１〜Ｃ３について、上記液晶に混合するトータル色素濃度ｃをそれぞれ４．３ｗｔ％，３．６ｗｔ％，３．３ｗｔ％とし、光の吸収量（簡単のため、色素濃度ｃ×液晶層厚みｄとして計算している）が各液晶セルＣ１〜Ｃ３について略同一となるようにしている。
【００５６】
【表２】
2004012964.tif 000004
【００５７】
また、式（２）のＮを１とした効果を調べるために、液晶のリタデーションΔｎｄが上式（２）でＮを２とした式に基づいて設定される二種類の比較用のセル（比較セルＤ１，比較セルＤ２）を作製した。比較セルＤ１，Ｄ２の液晶層厚ｄはそれぞれ１０．８μｍ，１１．２０μｍとされ、いずれもＧ（λ＝５５０ｎｍ）付近の波長の光に対して最適な透過特性が得られるようになっている。また、比較セルＤ１の液晶は二色性色素を混合しない通常のＴＮセルとし、比較セルＤ２では色素濃度ｃを１．３ｗｔ％として光の吸収量が液晶セルＣ１〜Ｃ３と同一（即ち、吸収量が概ね１４．６）となるように構成している。
【００５８】
なお、上記の各セルＣ１〜Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２において、反射特性と透過特性を独立に調べるために、全面反射層を有するセルと反射層が全くないセルの２種類を作製した。
そして、輝度計を用いてこれらのセルの反射特性及び透過特性を評価した。なお、輝度計はセル正面に配置され、セルの表示面から垂直に出射された光の正面輝度を測定するようになっている。そして、測定値に基づいて反射率及び透過率を算出している。
【００５９】
（反射特性）
まず、反射層を有するセルを用いて０〜５Ｖまで電圧を印加しながら反射率を測定した。その結果、図７に示すように、比較セルＤ１のセルでは、印加電圧が０Ｖ〜１．３Ｖの範囲では反射率に変化はなく、１．３Ｖ付近で一旦増大した後、１．５Ｖ付近で反射率は減少し始めた。そして、印加電圧が２．１Ｖ付近で反射率は増大に転じ、印加電圧が３．４Ｖ以降で反射率は略一定の値となった。
【００６０】
本来、二色性色素を含まない比較セルＤ１の構成では、印加電圧の有無に関わらず常に明表示を示すはずであり、ここでの反射率の変化は、純粋にリタデーションΔｎｄと旋光性との関係として説明される。つまり、１．５Ｖ〜２．１Ｖ印加時の反射率の落ち込みは、電圧印加に伴う旋光性の低下によって反射光が一部上偏光板に吸収されたことに起因していると考えられる。なお、印加電圧１．３Ｖ〜１．５Ｖでの反射率の増大は実効的なΔｎｄが式（３）を満たすような旋光性の高い状態になっていることに起因すると思われる。
【００６１】
比較セルＤ２では、上記液晶セルＣ１が示す反射率のカーブと比較して、１．８Ｖ〜３Ｖ印加時に反射率に落ち込みが見られる。落ち込みが見られた印加電圧の領域は上記比較セルＤ１で反射率の低下が見られたのと略同じ電圧領域であり、ここでの反射率の落ち込みも旋光性の消失の過程で生じる階調反転現象として説明できる。
【００６２】
これに対して、液晶セルＣ１〜Ｃ３では、電圧の増加に伴って反射率は増大し続け、階調反転のない良好な反射特性が得られた。また、５Ｖ印加時の反射率は２５％程度となり、色素を混合した分反射率は低下しているものの、許容される範囲と考えられる。
【００６３】
（透過特性）
次に、反射層のないセルを用いて、０〜５Ｖまで電圧を印加しながら透過率を測定した。その結果、図８に示すように、比較セルＤ２及び液晶セルＣ１〜Ｃ３ともに、５Ｖ印加時の透過率は２８％程度となった。これらの液晶セルＣ１〜Ｃ３では色素を混合しているために明表示における透過率は若干低下しているが、それほど大幅な低下ではなく、許容できる範囲である。また、図９に示したような円偏光を利用する従来の半透過反射型液晶表示装置の場合には、反射部をなくして画素全体を透過部にしたとしても、最大２５％の透過率しか得られないことと比較すると、リサイクル光の利用により明るい表示が得られたと考えられる。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の構成によれば、反射表示では液晶による光の旋光性と二色性色素による光の吸収を、透過表示では液晶による旋光性のみを利用することによって、反射表示及び透過表示の表示特性を共に向上させることができる。
また、透過表示部と反射表示部との同時刻における液晶の配向状態は基本的に同じでよく、複雑な構成を必要としないため、製造を容易にすることができる。
さらに、液晶層のリタデーション値Δｎｄを、Δｎｄ＝０．８６６・λ（λ：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）を満たすように構成しているため、反射表示においては階調反転がなく、透過表示においては明るく高コントラストな表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同、液晶表示装置の表示原理を説明するための図であって、表示原理の説明に必要な構成要素のみを示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る電子機器の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る電子機器のさらに他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例の液晶表示装置における分光反射率とコントラストを示す図である。
【図８】本発明の実施例の液晶表示装置における透過率を示す図である。
【図９】従来の液晶表示装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【図１０】同、液晶表示装置の表示原理を説明するための図であって、表示原理の説明に必要な構成要素のみを示す図である。
【符号の説明】
１０　液晶表示装置
１１　液晶セル
１２　バックライト
１３　下基板
１４　上基板
１６　液晶層
１８　半透過反射層
１８ａ　開口部
２４，３３　配向膜
２８　下偏光板
３６　上偏光板
５１〜５３　カラーフィルタ
Ｒ　反射表示領域
Ｔ　透過表示領域
Ｓ　二色性色素分子
Ｌ　液晶分子
【図１】
2004012964.tif 000005
【図２】
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【図３】
2004012964.tif 000007
【図４】
2004012964.tif 000008
【図５】
2004012964.tif 000009
【図６】
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【図７】
2004012964.tif 000011
【図８】
2004012964.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2004012964.tif 000014