(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、透過表示のコントラスが不足し、かつ、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を内在した液晶素子２０と、第２の偏光板１２を備え、液晶ポリマー位相差板のΔｎｄが、前記液晶素子のΔｎｄとほぼ同一であり、液晶素子２０で発生する複屈折性を補償するように液晶ポリマー位相差板１２を配置することにより、高コントラストで、かつ、明るい透過表示が得られ、かつ、内在反射方式での反射表示も可能である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、第２の偏光板を備え、前記液晶素子には、部分的に開口部を設けた半透過反射層と、該半透過反射層の前記開口部を除く非開口部の位置に位相差を持つパターンニング位相差層を備え、前記第１の偏光板と前記液晶素子の間に液晶ポリマ−位相差板を前記半透過反射層より前記第１の偏光板側に備え、該液晶ポリマー位相差板の複屈折性Δｎとセルギャップｄの積であるΔｎｄが、前記液晶素子のΔｎｄとほぼ同一であり、該液晶素子で発生する複屈折性を補償するように前記ポリマー位相差板を配置していることを特徴とする半透過反射型液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶は、ツイスト配向しているネマチック液晶であり、前記液晶ポリマ−位相差板は液晶素子とは逆ねじれのツイスト配向しており、かつ、液晶ポリマー位相板のツイスト角が液晶素子のツイスト角の絶対値とほぼ等しく、かつ、前記パターンニング位相差層は半透過反射層と液晶層の間に位置し、位相差値が１／４波長相当であることを特徴とする請求項１に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶は、ツイスト配向しているネマチック液晶であり、前記液晶ポリマ−位相差板は液晶素子とは逆ねじれのツイスト配向しており、かつ、液晶ポリマー位相板のツイスト角が液晶素子のツイスト角の絶対値とほぼ等しく、かつ、前記パターンニング位相差層は液晶層と第２の基板の間に位置し、位相差値が１／４波長相当であることを特徴とする請求項１に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶は、ホモジニアス配向しているネマチック液晶であり、前記液晶ポリマ−位相差板はホモジニアス配向しており、配向方向が液晶素子の配向方向と直交しており、かつ、前記パターンニング位相差層は半透過反射層と液晶層の間に位置し、位相差値が１／４波長相当であることを特徴とする請求項１に記載の半透過反射型液晶表示装。
【請求項５】
前記液晶は、ホモジニアス配向しているネマチック液晶であり、前記液晶ポリマ−位相差板はホモジニアス配向しており、配向方向が液晶素子の配向方向と直交しており、かつ、前記パターンニング位相差層は液晶層と第２の基板の間に位置し、位相差値が１／４波長相当であることを特徴とする請求項１に記載の半透過反射型液晶表示装。
【請求項６】
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２、３、４、５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２、３、４、５に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項８】
前記パターンニング位相差層として、半透過反射層の開口部および非開口部で膜厚が同一である材料を備えることを特徴とする請求項２、３、４、５に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項９】
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２、３、４、５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表示コントラストを高め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、薄膜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１４は、従来の半透過反射型液晶表示装置の断面図である。図１４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、左回りで２４０゜ツイスト配向し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】
液晶ポリマ−位相差板１２は、右回りのツイスト配向であり、ツイスト角１８０゜で、液晶ポリマ−の複屈折差Δｎと液晶ポリマ−層の厚さｄの積であるΔｎｄ値は０．７３μｍである。１／４波長位相差板１４は、位相差値０．１４μｍで、緑色の波長である０．５５μｍの約１／４波長相当としてある。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、したがって、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３０の複屈折性を示すΔｎｄは、０．８４μｍである。
【０００８】
この液晶ポリマ−位相差板１２を用いた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、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と液晶ポリマ−のΔｎｄ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。電圧を印加したオン状態で、液晶素子のΔｎｄ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事で、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、散乱性を付与する事や、保護膜８に散乱性を持たせた散乱性保護膜を用いる事も可能である。
【００１０】
つぎに、透過表示について説明する。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。液晶ポリマ−位相差板１２と液晶素子３０の合成した複屈折性は１／４波長相当であり、１／４波長位相差板１４は、液晶ポリマー位相差板１２と液晶層６と１／４波長位相差板１４の合計する位相差値がほぼゼロになるような角度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を透過した光は直線偏光に戻り、第１の偏光板１１の透過軸と直交するように第２の偏光板１７の透過軸を配置することにより、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、１／４波長位相差板１４で生じる円偏光を、液晶素子３０と液晶ポリマ−位相差板１２の両方を用いて全ての可視光波長範囲において補償する事は難しく、透過表示において、完全な黒を得ることが難しく、コントラストが不十分となる第１の問題点があった。また、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の偏光板に吸収されてしまう。その為に、バックライトとの間でリサイクル効果が得られず、暗い表示となる第２の問題点もあった。
【００１２】
この第２の問題点を解決する為に、半透過反射層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１５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の非開口部の位置に設けてある。一方、第１の基板１と第２の偏光板１７との間に位相差板を設けておらず、第２の基板２と第１の偏光板１１との間にも位相差板や液晶ポリマ−位相差板を設けていない事が特徴である。
【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、電圧を印加したオン状態では、液晶分子が完全に立ち、複屈折性がほぼゼロになる。反射表示において、オン状態では、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、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、一方、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。
【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１４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て利用するリサイクル効果により、明るい透過表示が得られる。
【００１６】
また、この第２の従来例において、反射表示のコントラストを改善する為に、第２の基板２と第１の偏光板１１との間に１／２波長位相差板１９を設けた第３の従来例（特許文献３参照）を図１６に示した。１／２波長位相差板１９の位相差値は、緑色の波長０．５５μｍの約１／２波長相当の０．２８μｍであり、パターンニング位相差層９の位相差値は１／４波長相当の０．１４μｍであり、１／２波長位相差板１９とパターンニング位相差層９の延伸軸の交差角を約６０゜に設定し、短波長の位相差値が長波長の位相差値よりも小さい、いわゆる広帯域円偏光位相差板を構成している。従って、反射表示のオン状態において、液晶素子３２の複屈折性はゼロとなり、第１の偏光板１１から入射した光は、１／２波長位相差板１９とパターンニング位相差層９により、全ての可視光波長範囲の光が円偏光となり、半透過反射層７の非開口部で反射し、再度、パターンニング位相差層９と１／２波長位相差板１９を透過すると、全ての可視光波長範囲の光が、入射光に直交した直線偏光となり、第１の偏光板１１に吸収されるため、第２の従来例より、高いコントラストの反射表示が得られる。
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−１７２９２５
【特許文献２】特開２００３−２７９９５７
【特許文献３】特開２００３−２７９９５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記のような技術を用いたとしても、従来の内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置は、透過表示において、十分なコントラストが得られないという問題は、完全には解決されていない。つまり、第１の従来例のように、液晶素子とバックライトとの間に１／４波長位相差板１４を設けた液晶表示装置では、１／４波長位相差板１４を透過した光の偏光状態を、液晶層６と液晶ポリマ−位相差板１２で全波長範囲にわたり補償する事は難しく、つまり、完全な黒を出すことができず、透過コントラストが低下する課題がある。
【００１９】
また、第２の従来例や、第３の従来例において、液晶素子とバックライトとの間に１／４波長位相差板は無いので、高コントラストで明るい透過表示が得られる。しかし、ノーマリ白モードであるので、良好な黒表示を得るためには、液晶素子の複屈折性を完全にゼロにする必要があり、そのために、液晶素子に高電圧を印加して液晶分子を完全にたたせ
るので、単純マトリクス駆動は難しいという課題がある。
【００２０】
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、透過表示のコントラストを改善し、かつ、低電圧駆動でも高コントラストが得られ、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】
【００２１】
上記課題を解決するために本発明の第１の手段は、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、第２の偏光板を備え、前記液晶素子には、部分的に開口部を設けた半透過反射層と、該半透過反射層の前記開口部を除く非開口部の位置に位相差を持つパターンニング位相差層を備え、前記第１の偏光板と前記液晶素子の間に液晶ポリマ−位相差板を前記半透過反射層より前記第１の偏光板側に備え、該液晶ポリマー位相差板の複屈折性Δｎとセルギャップｄの積であるΔｎｄが、前記液晶素子のΔｎｄとほぼ同一であり、該液晶素子で発生する複屈折性を補償するように前記ポリマー位相差板を配置していることを特徴とする。
【００２２】
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、前記液晶は、ツイスト配向しているネマチック液晶であり、前記液晶ポリマ−位相差板は液晶素子とは逆ねじれのツイスト配向しており、かつ、液晶ポリマー位相板のツイスト角が液晶素子のツイスト角の絶対値とほぼ等しく、かつ、前記パターンニング位相差層は半透過反射層と液晶層の間に位置し、位相差値が１／４波長相当であることを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決するために本発明の第３の手段は、本発明の第１の手段において、前記液晶は、ツイスト配向しているネマチック液晶であり、前記液晶ポリマ−位相差板は液晶素子とは逆ねじれのツイスト配向しており、かつ、液晶ポリマー位相板のツイスト角が液晶素子のツイスト角の絶対値とほぼ等しく、かつ、前記パターンニング位相差層は液晶層と第２の基板の間に位置し、位相差値が１／４波長相当であ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４の手段は、本発明の第１の手段において、前記液晶は、ホモジニアス配向しているネマチック液晶であり、前記液晶ポリマ−位相差板はホモジニアス配向しており、配向方向が液晶素子の配向方向と直交しており、かつ、前記パターンニング位相差層は半透過反射層と液晶層の間に位置し、位相差値が１／４波長相当であ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５の手段は、本発明の第１の手段において、前記液晶は、ホモジニアス配向しているネマチック液晶であり、前記液晶ポリマ−位相差板はホモジニアス配向しており、配向方向が液晶素子の配向方向と直交しており、かつ、前記パターンニング位相差層は液晶層と第２の基板の間に位置し、位相差値が１／４波長相当であ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６の手段は、本発明の第２または第３または第４または第５の手段において、第２の基板の外側に、散乱層を備えることを特徴とする。
【００２７】
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２または第３または第４または第５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。
【００２８】
上記課題を解決するために本発明の第８の手段は、本発明の第２または第３または第４または第５の手段において、前記パターンニング位相差層として、半透過反射層の開口部
および非開口部で膜厚が同一である材料を備えることを特徴とする。
【００２９】
上記課題を解決するために本発明の第９の手段は、本発明の第２または第３または第４または第５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。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の液晶表示装置において液晶ポリマー位相差板は、屈折率の波長依存性が液晶素子の波長依存性と近く、さらに、ツイスト配向も可能であるため、第１の手段により、液晶層の複屈折性を液晶ポリマ−位相差板により、完全に補償する事が可能となる。つまり、電圧無印加時のオフ状態において、全ての可視光波長範囲において位相差をゼロにする事が可能である。そのために、透過表示のオフ状態において、完全な黒が得られ、高コントラストが得られる効果がある。また、電圧無為印加時に黒表示であるノーマリ黒モードであるので、低電圧で完全な黒が得られ、白表示も液晶分子を完全に立たせる必用がないので、駆動電圧が低く、単純マトリクス駆動等にも使用可能となる効果がある。
【００３１】
また、従来の内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置が備えていた第１の基板と第２の偏光板の間の１／４波長位相差板が不要であり、第２の偏光板から出た光のうち、半透過反射層を透過できずに反射した光は、そのままの偏光状態で戻るために、第２の偏光板を透過することができ、バックライトで再度反射す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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【００３３】
本発明の半透過反射型液晶表示装置は、液晶素子２０の内部にパターンニング位相差層９を備え、かつ、液晶素子２０の上側に、液晶ポリマ−位相差板１２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は半透過反射層７とパターンニング位相差層９とその上に保護膜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に挟持されているツイスト配向し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。
【００３４】
さらに本発明の液晶表示装置は、液晶素子２０の上側に、液晶ポリマ−位相差板１２と、第１の偏光板１１と、液晶素子２０の下側に設けた第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の基板の外側には散乱層１５を設けても良い。
【００３５】
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。
【００３６】
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。また、反射層が液晶素子内部にあり、視差がないので、クッキリとした反射表示が得られ
る。液晶ポリマ−位相差板１２は、液晶素子と逆ねじれのツイスト配向しており、いわゆる、ねじれ位相差板となっている。液晶ポリマ−位相差板１２のツイスト角とΔｎｄを、液晶層６のツイスト角とΔｎｄにほぼ等しくし、かつ、液晶ポリマー位相差板１２を位相差が引き算されるような角度に配置して、液晶層６の複屈折性を完全に補償するように構成してある。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７に設けられた開口部７ａの位置には存在せず、透過表示の時には位相差がゼロであり、非開口部の位置だけに、パターンニング位相差層９を設け、これは緑色の光の波長０．５５μｍの１／４波長相当である０．１４μｍの位相差を持っている。
【００３７】
まず、反射表示について説明する。外光は第１の偏光板１１から入射し、直線偏光になる。電圧無印加のオフ状態では、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６を合計した複屈折性は、ほぼゼロであるので、液晶層６を透過した状態でも、入射光は変化せず、直線偏光のままである。そして、パターンニング位相差層９を透過すると円偏光となり、半透過反射層７で反射し、位相が１８０゜回転し、逆回転の円偏光となる。再度、パターンニング位相差層９を透過することで、入射光と直交した直線偏光となり、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６を合計した複屈折性は、ほぼゼロであるので、液晶ポリマー位相差板１２を透過した状態でも、入射光と直交した直線偏光のままであるので、第１の偏光板１１に吸収されて、黒表示となる。
【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の複屈折性が１／４波長相当小さくなり、今度は、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６とパターンニング位相差層９の合計した複屈折性がほぼゼロになる。第１の偏光板１１から入った直線偏光は、直線偏光の状態のままで半透過反射層７に到達し、反射して位相が１８０゜回転するが、実質的には入射した直線偏光と同一な直線偏光の状態で、再度、パターンニング位相差層９と液晶層６と液晶ポリマ−位相差板１２を透過し、入射光と同一方向の直線偏光のまま戻り、第１の偏光板１１を透過するため、白表示となる。
【００３９】
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、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は形成されておらず、また液晶層６と液晶ポリマ−位相差板１２の合計した複屈折性もゼロであるので、そのままの偏光状態で、第１の偏光板１１に到達する。第１の偏光板１１を第２の偏光板１７の透過軸の配置角度に対して直交して配置すると、バックライト１６から出た光を吸収し、黒表示となる。
液晶層に電圧を印加したオン状態では、液晶分子が立ち、液晶層の複屈折性が減少し、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６の合計した状態で、複屈折性が発生し、第２の偏光板１７から入った直線偏光は、第１の偏光板１１に楕円偏光や円偏光となって到達し、第１の偏光板を透過し、白表示となる。
【００４０】
このように、液晶ポリマ−位相差１２の屈折率の波長依存性は、液晶層６の屈折率の波長依存性とほぼ等しく、かつ、液晶ポリマ−位相差板１２のツイスト角を液晶層と逆ねじれで同じツイスト角とし、液晶ポリマー位相差板１２を液晶層の複屈折性を補償する角度に配置する事で、全可視光波長領域の光を完全に補償でき、完全な黒が得られ、その結果、従来の内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置より、高コントラストの透過表示が得られる。
【００４１】
また、オフ状態が黒表示である、ノーマリ黒モードとしているため、白表示を得るために液晶分子を完全に立たせる必用がなく、そのために高電圧を印加する必用もなく、低電圧での駆動が可能となる。そのため、単純マトリクス駆動でも、高コントラストな透過表示と、良好な反射表示が可能となる。
【００４２】
また、バックライト１６から出た光で、半透過反射層７を透過できずに非開口部で反射した光は、そのまま、第２の偏光板１７を透過し、バックライトに到達する。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を通過し、有効に利用される。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。この動作を繰り返す事により、いわゆるリサイクル効果により、透過輝度が上昇し、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】
【００４３】
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。
【００４４】
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、液晶ポリマ−位相差板１２と、液晶ポリマ−位相差板１２の上側に設けた第１の偏光板１１と、液晶素子２０の下側に設けた、第２の偏光板１７と、バックライト１６により構成した。
【００４５】
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一体化してあり、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は液晶素子２０とアクリル系粘着剤で貼り付けた。
【００４６】
液晶素子２０は、アルミニウムからなる厚さ０．１５μｍの半透過反射層７と、液晶性ポリマ−からなるパターンニング位相差層９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、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とで構成した。
【００４７】
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なるように、長方形の開口部７ａをフォトエッチング工程により形成した。
【００４８】
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。半透過反射層７を形成した第１の基板に、配向膜を印刷法またはスピンナーで塗布し、所望の角度でラビングを行った。次に、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−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。次に、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−を取り除く事で、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０．１μｍで位相差値１４０ｎｍのパターンニング位相差層９を形成した。
【００４９】
液晶ポリマ−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。
【００５０】
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Ｔｃ＝−２４０゜で、複屈折性を示すΔｎｄ値Ｒｃ＝０．８０μｍの右回りの液晶ポリマ−位相差板１２を用いた。
【００５１】
第１の偏光板１１と第２の偏光板１７は、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。
【００５２】
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。
【００５３】
つぎに、各構成部材の配置関係を図４と図５を用いて説明する。図４は、液晶素子２０と液晶素子２０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４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Ｔｓ＝２４０゜ツイストのＳＴＮモードの液晶素子２０を形成した。
【００５４】
使用する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５．４μｍとした。したがって、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Ｒｓ＝０．８１μｍである。
【００５５】
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、−１５゜に配置する。液晶ポリマ−位相差板１２の下分子配向方向１２ａは、水平軸Ｈを基準にして＋６０゜に配置し、上分子配向方向１２ｂは、−６０゜に配置し、右回りでツイスト角Ｔｃ＝２４０゜になり、ツイスト角の絶対値の差ΔＴ＝Ｔｓ−Ｔｃ＝０゜であり、複屈折性の差ΔＲ＝Ｒｓ−Ｒｃ＝０．０１μｍとほぼゼロになっている。このように、液晶ポリマ−位相差板の下分子配向配向方向１２ａと、液晶素子の上液晶分子配向方向６ｂが直交するように配置することで、液晶素子で発生する複屈折性を、液晶ポリマー位相差板で完全に補償することができる。
【００５６】
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、図４に示したように、水平軸Ｈに対して＋７５゜に配置し、第１の偏光板１１の透過軸１１ａと直交させた。パターンニング位相差層の遅相軸９ａは、図４に示したように、水平軸Ｈに対して、＋３０゜になるように形成した。従って、第１の偏光板の透過軸１１ａとの交差角は４５
゜になり、位相差が最も発生しやすい配置になっている。
【００５７】
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。つぎに、パターンニング位相差層の効果について、再度、簡単に説明する。パターンニング位相差層は、半透過反射層の開口部７ａには無く、非開口部だけに位相差を持つ。従って、内在反射方式の半透過反射型とは異なり、通常の透過型液晶表示装置と同様な光学設計が可能である。本実施例では、液晶ポリマ−位相差板１２で液晶素子２０を完全に補償し、合計の複屈折性をほぼゼロとすることで、全ての波長の光を遮断し、高コントラストの透過表示が得られた。また、オフ状態で黒表示であるノーマリ黒モードであるため、駆動電圧が低く、単純マトリクス駆動でも、良好なコントラストが得られた。
【００５８】
また、従来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波長位相差板を備えるため、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、本実施例では、１／４波長位相差板が第２の偏光板と半透過反射層の間にないので、半透過反射層を透過できずに、第２の偏光板の方に反射された直線偏光は、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。従来の内在反射方式の透過コントラストは２０〜３０であったが、本発明の半透過反射型液晶表示装置の透過コントラストは５０〜１００で、かつ、明るさは約１．３倍になった。
【００５９】
一方、反射モードにおいては、半透過反射層の非開口部には、パターンニング位相差層９が形成され、位相差値が１／４波長相当である、いわゆる円偏光位相差層となっている。第１の偏光板の透過軸１１ａに対し、パターンニング位相差層の遅相軸９ａを４５゜に配置することで、第１の偏光板から入射した直線偏光は、パターンニング位相差層９を透過して円偏光となり、半透過反射層７で反射し、逆回転の円偏光となる。再度、パターンニング位相差層９を透過する事で、入射光と直交した直線偏光となるので、第１の偏光板１１に吸収され、黒表示が得られる。ただし、パターンニング位相差層９は波長依存性を持つため、全ての波長範囲にわたり完全な円偏光にする事はむずかしく、反射コントラストは７〜１０程度であった。
【００６０】
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を内在した液晶素子２０と、第２の偏光板１２により、低駆動電圧でも高コントラストで、かつ、明るい透過表示が得られ、かつ、内在反射方式での反射表示であるため視差のない半透過反射型液晶表示装置を得られた。
【００６１】
本実施例では、液晶素子２０として、２４０゜ツイストのＳＴＮモードの液晶素子を用いたが、ツイスト角が９０゜前後のＴＮ液晶素子でも、液晶ポリマ−位相差板のツイストイ角を９０゜で液晶素子のツイスト角と同じにすることで、２４０゜ツイストのＳＴＮモードの液晶素子と同様な半透過反射型液晶表示装置が可能である。
【００６２】
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。
【００６３】
本実施例では、液晶ポリマー位相差板１２として、室温ではねじれ状態が固定化している液晶性ポリマーフィルムを用いたが、液晶分子の１部を鎖状のポリマー分子に結合した
だけの、温度によりＲｃが変化する温度補償型液晶ポリマー位相差板を用いると、高温や低温での明るさやコントラストが改善し、より良好な半透過反射型液晶表示装置が得られる。
【００６４】
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。
【００６５】
本実施例では、半透過反射層７を、第１の電極３とは別に形成したが、第１の電極をアルミニウムや銀等の金属薄膜で形成することで、半透過反射層７と兼用した反射電極とし、半透過反射層の開口部のみに透明電極を形成してもよい。また、表示に影は発生するが、半透過反射層７を第１の基板１の外側に配置しても、同じような効果は得られる。
【実施例２】
【００６６】
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、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る事、パターンニング位相差層の製造法が異なる事が、実施例１の構成と異なっている。
【００６７】
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。
【００６８】
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、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の下側に設けた第２の偏光板１７と、反射型偏光板１８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、液晶ポリマー位相差板１２、バックライト１６は、実施例１と同一材料であり、配置関係も同一である。反射型偏光板１８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。
【００６９】
液晶素子２１は、アルミニウムからなる厚さ０．１５μｍの半透過反射層７と、パターンニング位相差層９と、赤フィルタＲ、緑フィルタＧ、青フィルタＢの３色からなる厚さ１μｍのカラーフィルタ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。使用したネマチック液晶も、液晶素子のΔｎｄも、実施例１と同一である。
【００７０】
カラーフィルタ１３は、赤フィルタＲと、緑フィルタＧと、青フィルタＢの３色で構成され、第２の電極４と平行になる縦ストライプ形状とした。各カラーフィルタの幅は、第２の電極４の幅より広く形成し、２色が重なり、すきまが生じないようにしてある。カラーフィルタ１３の間にすきまが生じると、入射光が増加し、明るくはなるが、表示色に白の光が混色し、色純度が低下するので、好ましくない。
【００７１】
カラーフィルタ１３としては、顔料分散型、染色型、印刷型、転写型、電着型などが使
えるが、アクリル系やＰＶＡ系の感光性樹脂に顔料を分散させた顔料分散型が耐熱温度が高く、色純度も良いので、最も好ましい。
【００７２】
第１の基板１にアルミニウム薄膜の半透過反射層７を形成し、図２に示した実施例１の半透過反射層と同様に、半透過反射層７には開口部７ａをフォトエッチング工程で形成した後、パターンニング位相差層９を形成した。本実施例では、半透過反射層の開口部７ａにも、液晶性高分子ポリマ−が残っている点が実施例１と異なるが、半透過反射層の開口部のパターンニング位相差層はランダム配向しているため、位相差値を持たない。図７に示したように、パタ−ンニング位相差層９は、全面に形成されているが、位相差がある部分１０ａと位相差が無い部分１０ｂがある。そして、感光性樹脂に顔料を１０〜１５％配合したカラーレジストを、スピンナーを用いて第１の基板１に塗布し、露光工程と現像工程を行い、厚さが１μｍ程度でも、透過率が高いカラーフィルタ１３を形成した。パターンニング位相差層９の位相差値は１４０ｎｍで、配向方向も実施例１と同一である。
【００７３】
本実施例にもちいたパターンニング位相差層の製造法について説明する。半透過反射層７を形成した第１の基板に、光配向用配向膜を印刷法またはスピンナーで塗布する。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−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０．１μｍ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１０ｂを形成した。
【００７４】
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１と同一であるので省略する。液晶素子２１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。
【００７５】
また、光吸収がほとんどない反射型偏光板１８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１８の反射軸方向であるため、反射し、バックライト１６に戻る。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、リサイクル効果で、明るい透過表示が得られる。
さらに、半透過反射層と第２の偏光板の間に、１／４波長位相差板がないので、半透過反射層の非開口部で反射して、第２の偏光板を透過してバックライトに戻り、再度、反射した光も、反射型偏光板１８を備えることで、第２の偏光板１７に吸収されることなく、リサイクルの効率が向上し、さらに明るい透過表示が得られ、好ましい。
【００７６】
また、パターンニング位相差層として、実施例１と異なり、半透過反射層の開口部７ａにもパターンニング位相差層を形成しているので、平坦性が向上し、その結果、表示ムラが少なく、コントラストが良好な表示が得られ、より好ましい。
【００７７】
つぎに、実施例２の効果について説明する。実施例１と同様に、液晶ポリマー位相差板１２とパターンニング位相差層９を備えたことで、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１８を備えた事で、半透過反射層７で反射して、バックライトに戻った光のリサイクル効率も上昇し、前述した通常の反射型偏光板のリサイクル効果と併せ、従来の１．５倍以上の明るい表示が得られた。
【００７８】
このように、第１の偏光板１１と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２１と、第２の偏光板１７と反射型偏光板１８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、さらにノーマリ黒モードであるために低電圧駆動が可能である半透過反射型液晶表示装置を得られた。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【実施例３】
【００８１】
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、パターンニング位相差層を第２の基板に備える事が、実施例１の構成と異なっている。本実施例の構成を図８〜図１０を用いて説明する。図８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９と図１０は本実施例の配置関係を示す平面図ある。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。
【００８２】
本実施例の半透過反射型液晶表示装置は、図８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、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、液晶ポリマー位相差板１２、バックライト１６は、実施例１と同一材料である。
【００８３】
液晶素子２２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、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、パターンニング位相差層９と厚さ２μmの保護膜８ａ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。使用したネマチック液晶も、液晶素子のΔｎｄも、実施例１と同一である。
【００８４】
パターンニング位相差層９の製造方法は、実施例１と同一であるので、省略する。位相差値は、実施例１と同じ１／４波長相当である。
【００８５】
つぎに、各構成部材の配置関係を図９と図１０を用いて説明する。図９は、液晶素子２２と液晶素子２２の下側に配置する構成部材の配置関係を示し、図１０は、液晶素子２２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９に示すように、液晶素子２２のラビング方向は実施例１
と同一であり、また図１０に示すように、液晶ポリマ−位相差板１２の配置関係も実施例１と同一である。
【００８６】
第１の偏光板の透過軸１１ａは、図１０に示すように、水平軸Ｈを基準にして、−１０゜に配置する。第２の偏光板１７の透過軸１７ａは、図９に示したように、水平軸Ｈに対して＋８０゜に配置し、第１の偏光板１１の透過軸１１ａと直交させた。パターンニング位相差層の遅相軸９ａは、図９に示したように、水平軸Ｈに対して、＋６０゜になるように形成した。
【００８７】
つぎに、実施例の動作原理について説明する。透過表示については、実施例１と同様に動作する。つまり、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、半透過反射層７の開口部７ａを透過する。パターンニング位相差層９の開口部は位相差値を持たず、また液晶層６と液晶ポリマ−位相差板１２の合計した複屈折性もゼロであるので、そのままの状態で、第１の偏光板１１に到達する。第１の偏光板１１を第２の偏光板１７の透過軸の配置角度に対して直交して配置すると、バックライト１６から出た光を吸収し、黒表示となる。
【００８８】
液晶層に電圧を印加したオン状態では、液晶分子が立ち、液晶層の複屈折性が減少し、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層の合計しても複屈折性が発生し、第２の偏光板１７から入った直線偏光は、第１の偏光板１１に楕円偏光となって到達し、一部の光は第１の偏光板を透過し、白表示となる。また、従来技術とは異なり、第２の偏光板１７と液晶素子２２の間に、１／４波長位相差板がないので、半透過反射層７で反射した光が、バックライトに戻り、リサイクル効果により明るい透過表示が得られる。
【００８９】
つぎに、反射表示について説明する。実施例１と異なり、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６の間に、パターンニング位相差層９が存在するため、液晶層６の複屈折性を、液晶ポリマ−位相差板１２で、完全に補償することはできない。しかし、試作して評価したところ、パターンニング位相差層９の遅相軸９ａを、液晶ポリマ−位相差板の下分子配向方向１２ａと同一に配置すると、パターンニング位相差層の影響が最も少なくなり、その結果、実施例１よりは、コントラストは低下したが、黒表示が得られた。
【００９０】
電圧を印加したオン状態では、液晶分子が立ち、液晶層６の複屈折性が１／４波長相当小さくなると、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６とパターンニング位相差層９の合計した複屈折性がほぼゼロになり、白表示が得られた。また、パターンニング位相差層９を第２の基板に形成した事で、第１の基板の構成が単純になり、製造歩留が向上した。
【００９１】
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を内在した液晶素子２２と、第２の偏光板１２により、高コントラストで、かつ、明るい透過表示が得られ、かつ、内在反射方式での反射表示も可能であり、さらにノーマリ黒モードであるために低電圧駆動が可能である半透過反射型液晶表示装置を提供できた。
【実施例４】
【００９２】
つぎに、本発明における実施例４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、液晶素子と液晶ポリマ−位相差板がともに、ホモジニアス配向であることが、実施例１の構成と異なっている。本実施例の構成を図１１〜図１３を用いて説明する。図１１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１２と図１３は本実施例の配置関係を示す平面図ある。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。
【００９３】
本実施例の半透過反射型液晶表示装置は、図１１に示すように、液晶素子２３と、液晶素子２３の上側に設けた散乱層１５と、液晶ポリマー位相差板１２と、第１の偏光板１１と、液晶素子２３の下側に設けた第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、散乱層１５、バックライト１６は、実施例１と同一材料である。
【００９４】
液晶素子２３は、アルミニウムからなる厚さ０．１５μｍの半透過反射層７と、パターンニング位相差層９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、ホモジニアス配向（ツイスト角０゜）のネマチック液晶からなる液晶層６とで形成した。使用したネマチック液晶のΔｎ＝０．１で、第１の基板１と第２の基板２の隙間であるセルギャップｄ＝２で、液晶素子２３のΔｎｄであるＲｓ＝０．２μｍである。
【００９５】
パターンニング位相差層９は、実施例１と同一の製造方法により作成し、位相差値は１４０ｎｍで、遅相軸９ａの配向方向は、図１２に示したように、水平軸Ｈを基準にして、＋９０゜に配置する。
液晶ポリマー位相差板１２も、実施例１と同様な製造方法により作成したが、液晶性高分子モノマーに、ねじれ性を与えるカイラル材を混合せず、ホモジニアス配向の液晶ポリマー位相差板を形成した。
【００９６】
第１の偏光板の透過軸１１ａは、図１３に示すように、水平軸Ｈを基準にして、＋４５゜に配置する。液晶ポリマ−位相差板１２もホモジニアス配向であり、下の分子配向方向１２ａと上分子配向方向１２ｂは、ともに＋９０゜に配置し、液晶素子２３の配向方向と直交している。液晶ポリマ−位相差板１２のΔｎｄであるＲｃ＝０．２で、複屈折性の差ΔＲ＝Ｒｓ−Ｒｃ＝０になっている。このように配置することで、液晶素子で発生する複屈折性を、液晶ポリマー位相差板で補償することができる。
【００９７】
液晶素子２３の下側に配置した、第２の偏光板１７の透過軸１７ａは、図１２に示したように、水平軸Ｈに対して−４５゜に配置し、第１の偏光板１１の透過軸１１ａと直交させた。パターンニング位相差層の遅相軸９ａは、図１２に示したように、水平軸Ｈに対して、＋９０゜になるように形成した。従って、第１の位相差板の透過軸１１ａとの交差角は４５゜になり、位相差が最も発生しやすい配置になっている。
【００９８】
つぎに、本実施例の動作原理について、説明する。透過表示については、実施例１と同様に動作する。つまり、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、図２で示した半透過反射層７の開口部７ａを透過する。オフ状態では、パターンニング位相差層９の開口部は位相差値を持たず、また液晶層６と液晶ポリマ−位相差板１２の合計した複屈折性もゼロであるので、そのままの状態で、第１の偏光板１１に到達する。第１の偏光板１１を第２の偏光板１７の透過軸の配置角度に対して直交して配置すると、バックライト１６から出た光を吸収し、黒表示となる。ここで、液晶ポリマー位相差板１２の屈折率の波長依存性が、液晶層６の波長依存性と近いので、全波長範囲で補償でき、良好な黒表示が得られる。
【００９９】
液晶層に電圧を印加したオン状態では、液晶分子が立ち、液晶層の複屈折性が減少し、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層の複屈折性合計しても、ゼロとはならず、複屈折性が発生するため、第２の偏光板１７から入った直線偏光は、第１の偏光板１１に楕円偏光となって到達し、一部の光は第１の偏光板を透過し、白表示となる。また、第２の偏光板１
７と液晶素子２２の間に、１／４波長位相差板がないので、半透過反射層７で反射した光が、バックライトに戻り、リサイクル効果により明るい表示が得られる。
【０１００】
つぎに、反射表示について説明する。実施例１と同様に、液晶ポリマ−位相差板１２は、液晶層６で得られる複屈折性を完全に補償するように、位相差値は液晶層９とほぼ等しく、かつ、位相差値が引き算されるように直交して配置してある。オフ状態では、外光は第１の偏光板１１から入射し、直線偏光になり、液晶層６を透過した状態でも、入射光は直線偏光のままである。そして、パターンニング位相差層９を透過すると円偏光となり、半透過反射層７で反射し、位相が１８０゜変化し、逆回転の円偏光となって反射する。再度、パターンニング位相差層９を透過することで、入射光とは９０゜回転した直線偏光となり、第１の偏光板１１に吸収されて、黒表示となる。
【０１０１】
電圧を印加したオン状態では、液晶分子が立ち、液晶層６の複屈折性が１／４波長相当小さくなると、今度は、液晶ポリマ−位相差板１２と液晶層６とパターンニング位相差層９の合計した複屈折性がほぼゼロになり、第１の偏光板１１から入った直線偏光は、直線偏光の状態で半透過反射層７に到達し、そのまま、再度、パターンニング位相差層９と液晶層６と液晶ポリマ−位相差板１２を透過し、入射光と同一方向の直線偏光のまま戻り、第１の偏光板１１を透過するため、白表示となる。
【０１０２】
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を内在した液晶素子２３と、第２の偏光板１２により、ホモジニアス配向の液晶素子でも、高コントラストで、かつ、明るい透過表示が得られ、かつ、内在反射方式での反射表示も可能であり、さらにノーマリ黒モードであるために低電圧駆動が可能である半透過反射型液晶表示装置を得られた。
【０１０３】
なお、本実施例では、液晶ポリマー位相差板１２はツイストしておらず、位相差板と類似した性能を示すが、波長分散性が液晶素子と近く、かつ、液晶素子の位相差を完全に補正して透過コントラストを改善するためであり、図１６に示した従来例に用いられていた１／２波長位相差板のように、液晶素子と広帯域位相差板を形成し、反射コントラストを改善するものとは、位相差値も配置角度もその作用効果も異なっている。
【０１０４】
また、本実施例では、パターンニング位相差層９を、半透過反射層９と液晶層６の間に設けたが、実施例３のように、液晶層６と第２の基板２の間に設けることも可能である。この場合、パターンニング位相差層の遅相軸９ａは、本実施例でも、液晶ポリマー位相差板の下分子配向方向１２ａと同一であるので、偏光板やパターンニング位相差層の配置関係は、本実施例と同一である。
【０１０５】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第１の偏光板と液晶ポリマ−位相差板とパターンニング位相差層を用いる事で、内在反射方式の半透過反射型液晶表示装置において、透過表示のコントラストを大幅に改善し、かつ、低電圧駆動でも高コントラストが得られ、かつ、リサイクル効果により明るい透過表示が得られる液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【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９】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配置関係を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施例４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１２】本発明の実施例４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１３】本発明の実施例４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１４】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１５】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。
【図１６】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】
【０１０７】
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
１０ａ  パターンニング位相差層（位相差有り）
１０ｂ  パターンニング位相差層（位相差無し）
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  反射型偏光板
１９  １／２波長位相差板
２０、２１、２２、２３、３０、３１、３２  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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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