(57)【要約】【課題】視野角が広く、高コントラストの表示を得、しかも、外光を利用する反射表示によるカラー画像表示と、光源からの照明光を利用する透過表示によるカラー画像表示との両方の表示を行なうことができるとともに、その両方のカラー画像を、充分に明るく、ほとんど差の無い品質で表示する。【解決手段】一対の基板２，３と、これらの基板の内面それぞれに設けられた画素形成電極４，５と、複数の画素Ａにそれぞれ対応させて設けられたカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、反対側基板３に設けられ、複数の画素Ａを反射表示部Ａ１と透過表示部Ａ２とに区分する反射手段８と、液晶分子１２ａを基板面に対して垂直に配向させて封入され、複数の画素Ａの反射表示部Ａ１の層厚ｄ１が透過表示部Ａ２の層厚ｄ２よりも小さく形成された誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層１２と、観察側及びその反対側の一対の偏光板１４，１５と、一対の基板２，３と偏光板１４，１５との間にそれぞれ配置された２枚のλ／４板１６，１７とを備えた。【選択図】図１
2005107277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する観察側及びその反対側の一対の基板と、
前記一対の基板の対向する内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極と、
前記一対の基板の一方の内面に前記複数の画素にそれぞれ対応させて設けられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタと、
前記反対側の基板に設けられ、前記複数の画素をそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部とに区分する反射手段と、
前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板面に対して実質的に垂直に配向させて封入され、前記複数の画素の前記反射表示部の層厚が前記透過表示部の層厚よりも小さく形成された誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層と、
前記一対の基板の外面にそれぞれ対向させて配置された観察側及びその反対側の一対の偏光板と、
前記一対の基板と前記一対の偏光板との間のうち、少なくとも観察側の基板と偏光板との間に配置された１枚のλ／４板と、
を備えることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
一対の基板の一方の内面に、複数の画素の反射表示部に対応させて、前記反射表示部の基板間隙を前記画素の透過表示部の基板間隙よりも小さくするための透明膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
一対の基板の内面にそれぞれ垂直配向膜が形成され、且つそれぞれの内面は互いに平行な方向にラビング処理されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
複数の画素をそれぞれ反射表示部と透過表示部とに区分する反射手段は、前記複数の画素毎に前記反射表示部に対応させて設けられた複数の反射膜からなっており、これらの反射膜の反射面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子としては、互いに対向する観察側及びその反対側の一対の基板の対向する内面にそれぞれ、互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板面に対して実質的に水平に倒伏した状態でツイスト配向させた誘電異方性が正の液晶材料からなる液晶層が設けられ、前記一対の基板の外面にそれぞれ対向させて観察側及びその反対側の一対の偏光板が配置されたＴＮ（ツイステッド・ネマティック）型のものが広く利用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
このＴＮ型液晶表示素子は、液晶層の複屈折作用により入射光の偏光状態を制御して表示するものであり、ノーマリーホワイトモードの液晶表示素子では、前記画素の電極間に液晶分子を初期のツイスト配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときに、入射光が液晶層により旋光されて観察側偏光板を透過し、その画素の表示が明表示になり、前記画素の電極間に液晶分子を基板面に対して実質的に垂直に立ち上がり配向させるＯＮ電圧を印加したときに、液晶層を透過した光が前記観察側偏光板により吸収され、画素の表示が暗表示になる。
【特許文献１】特開平１１―００７０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＴＮ型液晶表示素子は、液晶分子が基板面に対して実質的に水平に倒伏した状態でツイスト配向しているため、表示の視野角が狭い。
【０００５】
また、前記ＴＮ型液晶表示素子は、基板近傍の液晶分子が水平配向膜による配向規制力を強く受け、ＯＮ電圧を印加しても水初期の水平配向状態からほとんど立ち上がらないため、ＯＮ電圧を印加したときも、液晶層が残留リタデーションをもっており、そのために、ノーマリーホワイトモードのＴＮ型液晶表示素子は、暗表示の暗さが充分でなく、表示のコントラストが低い。
【０００６】
この発明は、視野角が広く、高コントラストの表示を得ることができ、しかも、外部環境の光である外光を利用する反射表示によるカラー画像表示と、観察側とは反対側に配置される光源からの照明光を利用する透過表示によるカラー画像表示との両方の表示を行なうことができるとともに、その両方のカラー画像を、充分に明るく、且つほとんど差の無い品質で表示することができる液晶表示素子を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の液晶表示素子は、互いに対向する観察側及びその反対側の一対の基板と、前記一対の基板の対向する内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極と、前記一対の基板の一方の内面に前記複数の画素にそれぞれ対応させて設けられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタと、前記反対側の基板に設けられ、前記複数の画素をそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部とに区分する反射手段と、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板面に対して実質的に垂直に配向させて封入され、前記複数の画素の前記反射表示部の層厚が前記透過表示部の層厚よりも小さく形成された誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層と、前記一対の基板の外面にそれぞれ対向させて配置された観察側及びその反対側の一対の偏光板と、前記一対の基板と前記一対の偏光板との間のうち、少なくとも観察側の基板と偏光板との間に配置された１枚のλ／４板とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明の液晶表示素子においては、前記一対の基板の一方の内面に、前記複数の画素の反射表示部に対応させて、前記反射表示部の基板間隙を前記画素の透過表示部の基板間隙よりも小さくするための透明膜を設けるのが好ましい。
【０００９】
また、この液晶表示素子においては、前記一対の基板の内面にそれぞれ垂直配向膜が形成され、且つそれぞれの内面は互いに平行な方向にラビング処理されているのが好ましい。
【００１０】
さらに、この液晶表示素子において、前記複数の画素をそれぞれ反射表示部と透過表示部とに区分する反射手段は、前記複数の画素毎に前記反射表示部に対応させて設けられた複数の反射膜からなっており、これらの反射膜の反射面に凹凸が形成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の液晶表示素子は、観察側及びその反対側の一対の基板間に設けられた液晶層の複屈折作用と、前記一対の基板と一対の偏光板との間のうち、少なくとも観察側の基板と偏光板との間に配置されたλ／４板の位相差とにより入射光の偏光状態を制御して表示するものであり、この液晶表示素子は、前記液晶層の液晶分子が基板面に対して実質的に垂直に配向しているため、視野角が広い。
【００１２】
そして、この液晶表示素子は、前記液晶層が、液晶分子を基板面に対して実質的に垂直に配向させた誘電異方性が負の液晶材料からなっているため、前記画素の電極間にＯＦＦ電圧を印加したときに、液晶分子が初期の垂直配向状態に配向し、ＯＮ電圧を印加したときに、一対の基板間の全ての液晶分子が基板面に対して倒伏する方向に配向状態を変える。
【００１３】
そのため、この液晶表示素子によれば、前記画素の電極間に液晶分子を初期の垂直配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層を複屈折作用をほとんど受けずに透過させ、前記λ／４板の位相差により偏光状態を制御して観察側の偏光板に入射させ、また、前記画素の電極間に液晶分子を基板面に対して倒伏配向させるＯＮ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層の複屈折作用と前記λ／４板の位相差とにより偏光状態を制御して前記観察側の偏光板に入射させることができ、したがって、高コントラストの表示を得ることができる。
【００１４】
しかも、この液晶表示素子は、前記一対の基板の一方の内面に前記複数の画素にそれぞれ対応させて赤、緑、青の３色のカラーフィルタを設けるとともに、観察側とは反対側の基板に、前記複数の画素をそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部とに区分する反射手段を設けているため、外部環境の光である外光を利用する反射表示によるカラー画像表示と、観察側とは反対側に配置される光源からの照明光を利用する透過表示によるカラー画像表示との両方の表示を行なうことができる。
【００１５】
そして、この液晶表示素子では、複数の画素をそれぞれ反射表示部と透過表示部とに区分する前記反射手段を観察側とは反対側の基板に設けているため、前記外光を利用する反射表示のときの偏光板による光吸収は観察側の偏光板による吸収だけであり、したがって、前記反射表示によるカラー画像を充分に明るくすることができる。
【００１６】
さらに、この液晶表示素子は、前記複数の画素の前記反射表示部の液晶層厚を、前記透過表示部の液晶層厚よりも小さくしているため、前記反射表示部の液晶層を往復して透過する光に対する前記液晶層の複屈折作用と、前記透過表示部の液晶層を一度だけ透過する光に対する前記液晶層の複屈折作用との差を小さくし、前記反射表示によるカラー画像と前記透過表示によるカラー画像との両方を、ほとんど差の無い品質で表示することができる。
【００１７】
この発明の液晶表示素子においては、前記一対の基板の一方の内面に、前記複数の画素の反射表示部に対応させて、前記反射表示部の基板間隙を前記画素の透過表示部の基板間隙よりも小さくするための透明膜を設けるのが好ましく、このようにすることにより、簡単な構造で、前記複数の画素の前記反射表示部の液晶層厚を前記透過表示部の液晶層厚よりも小さくすることができる。
【００１８】
また、この液晶表示素子は、前記一対の基板の内面にそれぞれ垂直配向膜が形成され、且つそれぞれの内面は互いに平行な方向にラビング処理されているのが好ましく、このようにすることにより、ＯＮ電圧を印加したときの液晶分子の倒伏方向を前記ラビング方向に沿った方向に規定し、より高いコントラストを得ることができる。
【００１９】
さらに、この液晶表示素子において、前記複数の画素をそれぞれ反射表示部と透過表示部とに区分する反射手段は、前記複数の画素毎に前記反射表示部に対応させて設けられた複数の反射膜からなっており、これらの反射膜の反射面に凹凸が形成されているのが好ましく、このようにすることにより、前記反射表示をより明るくするとともに、その視野角を広くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１〜図５はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示素子の一部分の断面図である。
【００２１】
この実施例の液晶表示素子は、図１に示したように、液晶素子１と、前記液晶素子１を挟んで配置された観察側及びその反対側の一対の偏光板１４，１５と、前記液晶素子１の一対の基板２，３と前記一対の偏光板１４，１５との間にそれぞれ配置された２枚のλ／４板１６，１７と、前記液晶素子１の観察側基板２と観察側のλ／４板１６との間に設けられた拡散層１８とを備えている。
【００２２】
前記液晶素子１は、互いに対向する観察側（図１において上側）及びその反対側（図１において下側）の一対の透明基板２，３と、前記一対の基板２，３の対向する内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域により複数の画素Ａを形成する透明電極４，５と、前記一対の基板２，３の一方、例えば観察側の基板２の内面に前記複数の画素Ａにそれぞれ対応させて設けられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、前記反対側の基板３の内面に設けられ、前記複数の画素Ａをそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部Ａ１と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部Ａ２とに区分する反射手段８と、前記一対の基板２，３間に、液晶分子１２ａを前記基板２，３面に対して実質的に垂直に配向させて封入され、前記複数の画素Ａの前記反射表示部Ａ１の層厚ｄ１が前記透過表示部Ａ２の層厚ｄ２よりも小さく形成された誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層１２とにより構成されている。
【００２３】
この液晶素子１は、観察側基板２の内面に一枚膜状の対向電極４を設け、反対側基板３の内面に複数の画素電極５を行方向及び列方向にマトリックス状に配列させて設けたアクティブマトリックス液晶素子であり、前記複数の画素電極５は、前記反対側基板３の内面に設けられた複数のＴＦＴ７にそれぞれ接続されている。
【００２４】
なお、図１では前記ＴＦＴ７を簡略化して示しているが、このＴＦＴ７は反対側基板３の基板面に形成されたゲート電極と、このゲート電極を覆って前記基板３の略全体に形成された透明なゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に前記ゲート電極と対向させて形成されたｉ型半導体膜と、前記ｉ型半導体膜の両側部の上にｎ型半導体膜を介して形成されたソース電極及びドレイン電極とからなっている。
【００２５】
また、図１では省略しているが、前記反対側基板３の内面には、各行のＴＦＴ７にゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴ７にデータ信号を供給する複数のデータ配線が設けられており、前記ゲート配線は、反対側基板３の基板面に前記ＴＦＴ７のゲート電極と一体に形成されて前記ゲート絶縁膜により覆われ、前記データ配線は、前記ゲート絶縁膜の上に形成され、前記ＴＦＴ７のドレイン電極につながっている。
【００２６】
そして、前記複数の画素Ａをそれぞれ反射表示部Ａ１と透過表示部Ａ２とに区分する反射手段８は、前記ゲート絶縁膜の上に前記複数の画素Ａ毎に前記反射表示部Ａ１に対応させて設けられた複数の鏡面反射膜８ａからなっており、前記複数の画素電極５は、その一部分を前記反射膜８ａ上に重ねて前記ゲート絶縁膜の上に形成され、前記ＴＦＴ７のソース電極に接続されている。
【００２７】
なお、この実施例では、前記反射膜８ａを前記画素Ａの略半分の領域に対応させて設け、前記複数の画素Ａの略半分の領域を反射表示部Ａ１とし、他の略半分の領域を透過表示部Ａ２としている。
【００２８】
一方、観察側基板２の内面に設けられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、前記観察側基板２の基板面に形成されており、これらのカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの上に、前記複数の画素Ａの反射表示部Ａ１にそれぞれ対応させて、前記反射表示部Ａ１の基板間隙を前記画素Ａの透過表示部Ａ２の基板間隙よりも小さくするための基板間隙調整用透明膜９が設けられている。
【００２９】
また、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにはそれぞれ、前記画素Ａの反射表示部Ａ１に部分的に対応する開口が設けられており、前記基板間隙調整用透明膜９は、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの開口内に充填して設けられている。なお、この実施例では、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの開口を前記反射表示部Ａ１の略半分の領域に対応させて形成している。
【００３０】
そして、前記対向電極４は、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ及び基板間隙調整用透明膜９の上に形成されている。
【００３１】
さらに、前記観察側基板２と反対側基板３の内面にはそれぞれ、前記電極４，５を覆って垂直配向膜１０，１１が形成されており、これらの基板２，３の内面、つまり前記垂直配向膜１０，１１の膜面は、互いに平行な方向にラビング処理されている。
【００３２】
前記観察側基板２と反対側基板３は、前記複数の画素Ａがマトリックス状に配列する表示エリアを囲む枠状のシール材（図示せず）を介して接合されており、これらの基板２，３間の前記シール材により囲まれた領域に、誘電異方性が負の液晶材料、例えば誘電異方性が負のネマティック液晶が充填されて液晶層１２が形成されている。
【００３３】
この液晶層１２の液晶分子１２ａは、一対の基板２，３面に対して実質的に垂直に配向しており、前記複数の画素Ａの電極４，５間にＯＮ電圧を印加したときに、前記基板２，３面に対し、前記ラビング方向に沿った方向に分子長軸を揃えて倒伏配向する。
【００３４】
そして、この実施例では、前記基板間隙調整用透明膜９を、前記反射表示部Ａ１の基板間隙が透過表示部Ａ２の基板間隙の略１／２になる厚さに形成することにより、前記反射表示部Ａ１の液晶層厚ｄ１を前記透過表示部Ａ２の液晶層厚ｄ２の略１／２にするとともに、これらの液晶層厚ｄ１，ｄ２の値と液晶材料の屈折率異方性Δｎとを選択することにより、ＯＮ電圧印加時、つまり液晶分子１２ａが前記ラビング方向に分子長軸を揃えて倒伏配向したときの前記反射表示部Ａ１のΔｎｄ１と前記透過表示部Ａ２のΔｎｄ２とをそれぞれ、Δｎｄ１＝１４０±４０ｎｍ、Δｎｄ２＝２７０±４０ｎｍに設定している。
【００３５】
また、前記観察側及び反対側の一対の偏光板１４，１５はそれぞれ、互いに直交する方向に透過軸と吸収軸を有する吸収偏光板であり、観察側偏光板１４は、前記液晶素子１の観察側基板２の外面に対向させて配置され、反対側偏光板１５は、前記液晶素子１の反対側基板３の外面に対向させて配置されている。
【００３６】
また、前記２枚のλ／４板１６，１７はそれぞれ、透過光の常光と異常光との間に１／４波長（１４０±４０ｎｍ）の位相差を与える位相差板であり、その一方のλ／４板（以下、観察側λ／４板と言う）１６は、前記液晶素子１の観察側基板２と前記観察側偏光板１４との間に配置され、他方のλ／４板（以下、反対側λ／４板と言う）１７は、前記液晶素子１の反対側基板３と前記反対側偏光板１５との間に配置されている。
【００３７】
図２は前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面（垂直配向膜１０，１１の膜面）のラビング方向２ａ，３ａと、観察側及び反対側の偏光板１４，１５の透過軸１４ａ，１５ａの向きと、観察側及び反対側のλ／４板１６，１７の遅相軸１６ａ，１７ａの向きを示している。
【００３８】
図２のように、前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面は、互いに平行で且つ逆向き方向にラビング処理されており、観察側偏光板１４は、その透過軸１４ａを前記一対の基板２，３の内面のラビング方向２ａ，３ａに対して実質的に４５°の角度で斜めに交差させて配置され、反対側偏光板１５は、その透過軸１５ａを前記観察側偏光板１４の透過軸１４ａと実質的に直交させて配置されている。
【００３９】
また、観察側λ／４板１６は、その遅相軸１６ａを前記一対の基板２，３の内面のラビング方向２ａ，３ａと実質的に直交させるか、あるいは実質的に平行にし、前記観察側偏光板１４の透過軸１４ａに対して実質的に４５°の角度で斜めに交差させて配置されており、反対側λ／４板１７は、その遅相軸１７ａを前記観察側λ／４板１６の遅相軸１６ａ実質的に直交（一対の基板２，３の内面のラビング方向２ａ，３ａと実施的に平行、あるいは実質的に直交）させ、前記反対側偏光板１５の透過軸１５ａに対して実質的に４５°の角度で斜めに交差させて配置されている。
【００４０】
また、前記液晶素子１と観察側λ／４板１６との間に設けられた拡散層１８は、一方の面から入射した光を拡散させて他方の面から出射する前方拡散層であり、この拡散層１８は、光拡散粒子が混入された粘着剤または樹脂フィルムからなっている。
【００４１】
この液晶表示素子は、前記液晶素子１の観察側及びその反対側の一対の基板２，３間に設けられた液晶層１２の複屈折作用と、前記一対の基板２，３と観察側及びその反対側の偏光板１４，１５との間にそれぞれ配置された２枚のλ／４板１６，１７の位相差とにより入射光の偏光状態を制御して表示するものであり、この液晶表示素子は、前記液晶層１２の液晶分子１２ａが基板２，３面に対して実質的に垂直に配向しているため、視野角が広い。
【００４２】
そして、この液晶表示素子は、前記液晶層１２が、液晶分子１２ａを基板２，３面に対して実質的に垂直に配向させた誘電異方性が負の液晶材料からなっており、また前記基板２，３の内面に形成された垂直配向膜１０，１１は水平配向膜に比べて配向規制力が小さいため、前記画素Ａの電極４，５間にＯＦＦ電圧を印加したときに、液晶分子１２ａが初期の垂直配向状態に配向し、ＯＮ電圧を印加したときに、一対の基板２，３間の全ての液晶分子１２ａが基板面に対して倒伏する方向に配向状態を変える。
【００４３】
図３は前記液晶分子１２ａのＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態を示す模式図であり、この実施例では前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面を互いに平行で且つ逆向き方向にラビング処理しているため、前記液晶分子１２ａは、図３（ａ）に示したＯＦＦ電圧印加時の垂直配向状態から、ＯＮ電圧の印加により、図３（ｂ）に示したように、前記基板２，３面に対し、前記ラビング方向２ａ，３ａに沿った方向に分子長軸を揃えて倒伏した、非ツイストのホモジニアス配向状態に配向する。
【００４４】
そのため、この液晶表示素子によれば、前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１２ａを初期の垂直配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層１２を複屈折作用をほとんど受けずに透過させ、前記λ／４板１６，１７の一方または両方の位相差により偏光状態を制御して観察側偏光板１４に入射させ、また、前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１２ａを基板２，３面に対して倒伏配向させるＯＮ電圧を印加したときに、入射光を、前記液晶層１２の複屈折作用と前記λ／４板１６，１７の一方または両方の位相差とにより偏光状態を制御して前記観察側偏光板１４に入射させることができ、したがって、高コントラストの表示を得ることができる。
【００４５】
しかも、この液晶表示素子は、前記液晶素子１の一対の基板２，３の一方、例えば観察側基板２の内面に前記複数の画素Ａにそれぞれ対応させて赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを設けるとともに、観察側とは反対側の基板３の内面に、前記複数の画素Ａをそれぞれ前記観察側から入射した光を前記観察側へ反射する反射表示部Ａ１と前記反対側から入射した光を前記観察側へ透過させる透過表示部Ａ２とに区分する反射手段８を設けているため、外部環境の光である外光を利用する反射表示によるカラー画像表示と、観察側とは反対側に配置される面光源１９からの照明光を利用する透過表示によるカラー画像表示との両方の表示を行なうことができる。
【００４６】
前記液晶表示素子の外光を利用する反射表示について説明すると、図４は前記液晶表示素子の反射表示の模式図であり、前記液晶素子１の１つの画素Ａの反射表示部Ａ１の表示を示している。
【００４７】
図４において、（ａ）は前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１２ａを初期の垂直配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときの表示を示し、（ｂ）は前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１２ａを倒伏配向させるＯＮ電圧を印加したときの表示を示している。
【００４８】
この液晶表示素子は、外光を利用する反射表示のときは、前記液晶素子１の観察側に配置された観察側偏光板１４に偏光子と検光子とを兼ねさせる１枚偏光板型の表示を行なうものであり、この反射表示のときは、図４（ａ），（ｂ）に矢線で示したように、観察側から入射した外光ａ０が、観察側偏光板１４によりその透過軸１４ａに平行な直線偏光ａ１とされ、さらに観察側λ／４板１６により、その光の進行方向から見て左右いずれか一方回りの円偏光ａ２とされて液晶素子１の液晶層１２に入射する。
【００４９】
そして、ＯＦＦ電圧印加時は、前記液晶層１２の液晶分子１２ａが実質的に垂直に配向しているため、前記観察側λ／４板１６により円偏光ａ２とされて液晶層１２に入射した光は、前記液晶層１２を複屈折作用をほとんど受けずに前記円偏光ａ２のまま透過し、その光のうち、複数の画素Ａの反射表示部Ａ１に入射して前記液晶層１２を透過した光が反射膜８ａにより反射され、前記液晶層１２を前記円偏光ａ２のまま再び透過して図４（ａ）のように前記液晶素子１の観察側に出射する。
【００５０】
前記液晶素子１の観察側に出射した前記円偏光ａ２は、前記観察側λ／４板１６により、観察側から観察側偏光板１４を透過して入射した前記直線偏光ａ１と実質的に直交する直線偏光ａ３とされて前記観察側偏光板１４に入射し、この観察側偏光板１４により吸収され、前記ＯＦＦ電圧を印加した画素Ａの表示が黒の暗表示になる。
【００５１】
また、ＯＮ電圧印加時は、前記液晶層１２の液晶分子１２ａが上述したように基板２，３面のラビング方向２ａ，３ａに沿った方向に分子長軸を揃えて倒伏配向するため、前記観察側λ／４板１６により円偏光ａ２とされて液晶層１２に入射した光は、前記液晶層１２の複屈折作用により偏光状態を変え、その光のうち、前記複数の画素Ａの反射表示部Ａ１に入射して前記液晶層１２を透過した光が反射膜８ａにより反射され、前記液晶層１２を再び偏光状態を変えて透過して前記液晶素子１の観察側に出射する。
【００５２】
このＯＮ電圧印加時における前記反射表示部Ａ１の液晶層１２の複屈折作用は、液晶分子１２ａを倒伏配向させたときの前記反射表示部Ａ１のΔｎｄ１が上述したように１４０±４０ｎｍであるため、λ／４板と実質的に同じであり、したがって、前記観察側λ／４板１６により円偏光ａ２とされて前記反射表示部Ａ１の液晶層１２に入射した光は、前記液晶層１２により観察側から観察側偏光板１４を透過して入射した前記直線偏光ａ１と実質的に同じ直線偏光（図示せず）とされて反射膜８ａにより反射され、さらに前記液晶層１２により前記観察側λ／４板１６を透過して液晶層１２に入射した円偏光ａ２とは回転方向が逆の円偏光ａ４とされて図４（ｂ）のように前記液晶素子１の観察側に出射する。
【００５３】
前記液晶素子１の観察側に出射した前記円偏光ａ４は、前記観察側λ／４板１６により、観察側から観察側偏光板１４を透過して入射した前記直線偏光ａ１と実質的に同じ直線偏光ａ５とされて前記観察側偏光板１４に入射し、この観察側偏光板１４を透過して観察側に出射し、前記ＯＦＦ電圧を印加した画素Ａの表示が前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより着色された赤、緑、青のいずれかの色の明表示になる。
【００５４】
なお、この反射表示のときは、観察側から入射した光のうち、前記複数の画素Ａの透過表示部Ａ２に入射して前記液晶層１２を透過した光は、前記液晶素子１の反対側に出射する。
【００５５】
すなわち、この液晶表示素子は、ＯＦＦ電圧を印加したときの表示が暗表示であるノーマリーブラックモードの反射表示を行なうものであり、その表示は、ＯＦＦ電圧の印加により液晶分子１２ａを初期の垂直配向状態に配向させたときに、最も暗い黒の暗表示になり、ＯＮ電圧の印加により前記液晶分子１２ａを倒伏配向させたときに、最も明るい明表示（カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより着色された赤、緑、青の表示）になる。
【００５６】
また、この液晶表示素子は、前記液晶素子１の観察側とは反対側の基板３に、前記複数の画素Ａをそれぞれ反射表示部Ａ１と透過表示部Ａ２とに区分する反射手段８を設けているため、前記外光を利用する反射表示のときの偏光板による光吸収は、観察側の偏光板１４による吸収だけであり、したがって、前記反射表示によるカラー画像を充分に明るくすることができる。
【００５７】
しかも、この液晶表示素子では、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにそれぞれ、前記画素Ａの反射表示部Ａ１に部分的に対応する開口を設けているため、前記反射表示のときに、複数の画素Ａの反射表示部Ａ１からそれぞれ、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより着色された赤、緑、青のいずれかの色の着色光と、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの開口内を透過した非着色光とを出射させることができ、したがって、反射表示の明るさを前記非着色光により底上げし、さらに明るいカラー画像を表示することができる。
【００５８】
次に、前記面光源１９からの照明光を利用する透過表示について説明すると、図５は前記液晶表示素子の透過表示の模式図であり、前記液晶素子１の１つの画素Ａの透過表示部Ａ２の表示を示している。
【００５９】
図５において、（ａ）は前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１２ａを初期の垂直配向状態に配向させるＯＦＦ電圧を印加したときの表示を示し、（ｂ）は前記画素Ａの電極４，５間に液晶分子１２ａを倒伏配向させるＯＮ電圧を印加したときの表示を示している。
【００６０】
この液晶表示素子は、前記面光源１９からの照明光を利用する透過表示のときは、液晶素子１の反対側に配置された反対側偏光板１５を偏光子とし、液晶素子１の観察側に配置された観察側偏光板１４を検光子として表示するものであり、この透過表示のときは、図５（ａ），（ｂ）に矢線で示したように、観察側とは反対側から入射した照明光ｂ０が、反対側偏光板１５によりその透過軸１５ａに平行な直線偏光ｂ１とされ、さらに反対側λ／４板１７により、その光の進行方向から見て左右いずれか一方回りの円偏光ｂ２とされて液晶素子１の液晶層１２に入射する。
【００６１】
なお、この透過表示のときは、前記液晶素子１に入射した光のうち、複数の画素Ａの透過表示部Ａ２に入射した光が液晶層４に入射し、反射表示部Ａ１に入射した光は前記反射膜８ａにより反対側に反射される。
【００６２】
そして、ＯＦＦ電圧印加時は、前記液晶層１２の液晶分子１２ａが実質的に垂直に配向しているため、前記反対側λ／４板１７により円偏光ｂ２とされて前記画素Ａの透過表示部Ａ２に入射した光は、前記液晶層１２を複屈折作用をほとんど受けずに前記円偏光ｂ２のまま透過して図５（ａ）のように前記液晶素子１の観察側に出射する。
【００６３】
前記液晶素子１の観察側に出射した前記円偏光ｂ２は、観察側λ／４板１６により、前記反対側偏光板１５を透過して入射した前記直線偏光ｂ１と実質的に同じ直線偏光ｂ３とされて観察側偏光板１４に入射し、この観察側偏光板１４により吸収され、前記ＯＦＦ電圧を印加した画素Ａの表示が黒の暗表示になる。
【００６４】
また、ＯＮ電圧印加時は、前記液晶層１２の液晶分子１２ａが上述したように基板２，３面のラビング方向２ａ，３ａに沿った方向に分子長軸を揃えて倒伏配向するため、前記反対側λ／４板１７により円偏光ｂ２とされて前記画素Ａの透過表示部Ａ２に入射した光は、前記液晶層１２の複屈折作用により偏光状態を変えて前記液晶素子１の観察側に出射する。
【００６５】
このＯＮ電圧印加時における前記反射表示部Ａ１の液晶層１２の複屈折作用は、液晶分子１２ａを倒伏配向させたときの前記透過表示部Ａ２のΔｎｄ２が上述したように２７０±４０ｎｍであるため、λ／２板と実質的に同じであり、したがって、前記反対側λ／４板１７により円偏光ｂ２とされて前記透過表示部Ａ２の液晶層１２に入射した光は、前記液晶層１２により回転方向が逆の円偏光ｂ４とされて図５（ｂ）のように前記液晶素子１の観察側に出射する。
【００６６】
前記液晶素子１の観察側に出射した前記円偏光ｂ４は、観察側λ／４板１６により、前記反対側偏光板１５を透過して入射した前記直線偏光ｂ１と実質的に直交する直線偏光ｂ５とされて観察側偏光板１４に入射し、この観察側偏光板１４を透過して観察側に出射し、前記ＯＦＦ電圧を印加した画素Ａの表示が前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより着色された赤、緑、青のいずれかの色の明表示になる。
【００６７】
すなわち、この液晶表示素子は、前記面光源１９からの照明光を利用する透過表示のときもノーマリーブラックモードの表示を行なうものであり、その表示は、ＯＦＦ電圧の印加により液晶分子１２ａを初期の垂直配向状態に配向させたときに、最も暗い黒の暗表示になり、ＯＮ電圧の印加により前記液晶分子１２ａを倒伏配向させたときに、最も明るい明表示（カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより着色された赤、緑、青の表示）になる。
【００６８】
なお、この透過表示のときは、前記面光源１９から出射して液晶表示素子の観察側に出射する光の経路に反対側偏光板１５と観察側偏光板１４とが介在するが、前記面光源１９から出射した光は、前記反対側偏光板１５と観察側偏光板１４とをそれぞれ一度ずつ透過するだけであるため、偏光板による光の吸収は、前記反射表示のときと同じであり、したがって明るい表示が得られる。
【００６９】
したがって、この液晶表示素子によれば、視野角が広く、高コントラストの表示を得ることができ、しかも、外光を利用する反射表示によるカラー画像表示と、観察側とは反対側に配置される面光源１９からの照明光を利用する透過表示によるカラー画像表示との両方の表示を行なうことができるとともに、その両方のカラー画像を充分に明るくすることができる。
【００７０】
なお、前記面光源１９は、外光を利用する反射表示のときに補助光源として利用することもでき、その場合も、前記反射表示と透過表示の両方がノーマリーブラックモードであるため、高コントラストの表示を得ることができる。
【００７１】
さらに、この液晶表示素子は、前記複数の画素Ａの反射表示部Ａ１の液晶層厚ｄ１を、透過表示部Ａ２の液晶層厚ｄ２よりも小さくしているため、前記反射表示部Ａ１の液晶層１２を往復して透過する光に対する前記液晶層１２の複屈折作用と、前記透過表示部Ａ２の液晶層１２を一度だけ透過する光に対する前記液晶層１２の複屈折作用との差を小さくし、前記反射表示によるカラー画像と前記透過表示によるカラー画像との両方を、ほとんど差の無い品質で表示することができる。
【００７２】
この実施例では、前記反射表示部Ａ１の液晶層厚ｄ１を前記透過表示部Ａ２の液晶層厚ｄ２の略１／２にし、ＯＮ電圧印加時（液晶分子１２ａが前記ラビング方向に分子長軸を揃えて倒伏配向したとき）の前記反射表示部Ａ１のΔｎｄ１と前記透過表示部Ａ２のΔｎｄ２とをそれぞれ、Δｎｄ１＝１４０±４０ｎｍ、Δｎｄ２＝２７０±４０ｎｍに設定しているため、上述したように、前記反射表示のときも前記透過表示のときも、ＯＦＦ電圧の印加により最も暗い黒の暗表示を得、ＯＮ電圧の印加により最も明るい明表示を得ることができる。
【００７３】
そして、この実施例では、前記液晶素子１の一対の基板２，３の一方、例えば観察側基板２の内面に、複数の画素Ａの反射表示部Ａ１に対応させて、前記反射表示部Ａ１の基板間隙を前記画素Ａの透過表示部Ａ２の基板間隙よりも小さくするための透明膜９を設けているため、簡単な構造で、前記複数の画素Ａの反射表示部Ａ１の液晶層厚ｄ１を透過表示部Ａ２の液晶層厚ｄ２よりも小さくすることができる。
【００７４】
また、この液晶表示素子は、前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面にそれぞれ垂直配向膜１０，１１を形成し、且つそれぞれの内面（垂直配向膜１０，１１の膜面）を互いに平行な方向にラビング処理しているため、前記ＯＮ電圧を印加したときの液晶分子１２ａの倒伏方向を前記ラビング方向２ａ，３ａに沿った方向に規定し、より高いコントラストを得ることができる。
【００７５】
さらに、この液晶表示素子は、前記液晶素子１と観察側λ／４板１６との間に拡散層１８を設けているため、前記反射表示のときに反射膜８ａによる反射光を前記拡散層１８により拡散させて出射し、反射表示をさらに明るくするとともに、反射表示と透過表示の両方の視野角をより広くすることができる。
【００７６】
なお、上記実施例では、前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面（垂直配向膜１０，１１の膜面）を互いに平行で且つ逆方向にラビング処理しているが、前記一対の基板２，３の内面は、互いに平行で且つ同方向にラビング処理してもよく、その場合も上記実施例と同様に、ＯＮ電圧を印加したときの液晶分子１２ａの倒伏方向を前記ラビング方向に沿った方向に規定し、より高いコントラストを得ることができる。
【００７７】
また、前記ラビング処理は、前記一対の基板２，３のいずれか一方の内面だけに施しても、あるいは、前記一対の基板２，３のいずれにも施さなくてもよい。
【００７８】
図６はこの発明の第２の実施例を示す前記一対の基板２，３のいずれか一方、例えば反対側基板３の内面だけにラビング処理を施した場合の液晶分子１２ａのＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態を示す模式図であり、この実施例のように反対側基板３の内面だけにラビング処理を施した場合は、液晶分子１２ａが図６（ａ）に示したＯＦＦ電圧印加時の垂直配向状態から、ＯＮ電圧の印加により、図６（ｂ）に示したように、前記反対側基板３のラビング方向３ａに沿った方向に分子長軸を揃えて略水平に倒伏し、且つラビング処理を施さない観察側基板２の内面に対して互いに逆向きの２つの方向に傾いた状態で配向するため、表示の視野角をさらに広くすることができる。
【００７９】
図７はこの発明の第３の実施例を示す前記一対の基板２，３のいずれにもラビング処理を施さない場合の液晶分子１２ａのＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態を示す模式図であり、この実施例のように一対の基板２，３のいずれにもラビング処理を施さない場合は、液晶分子１２ａが図７（ａ）に示したＯＦＦ電圧印加時の垂直配向状態から、ＯＮ電圧の印加により、図７（ｂ）に示したように、一対の基板２、３の両方の内面に対して互いに逆向きの２つの方向に傾いた状態で配向するため、表示の視野角をさらに広くすることができる。
【００８０】
また、上記実施例では、液晶素子１の複数の画素Ａをそれぞれ反射表示部Ａ１と透過表示部Ａ２とに区分する反射手段８を、前記複数の画素Ａ毎に前記反射表示部Ａ１に対応させて設けた平坦な反射膜８ａにより形成しているが、前記反射手段８を形成する反射膜の反射面に凹凸を形成し、前記拡散層１８を省略してもよい。
【００８１】
図８はこの発明の第４の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図であり、この液晶表示素子は、反射面に凹凸を形成した反射膜８ｂにより反射手段８を形成した液晶素子１ａを備えたものである。
【００８２】
この実施例において、前記液晶素子１ａは、観察側基板２の内面に、複数の画素電極５と、ＴＦＴ７及び図示しないゲート配線及びデータ配線とを設け、反対側基板３の内面に、前記反射手段８と、赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、基板間隙調整用透明膜９と、対向電極４とを設けたアクティブマトリックス液晶素子であり、前記反射手段８を形成する反射膜８ｂは、反対側基板３の基板面に設けられた、表面全体を凹凸面に形成した透明な凹凸面膜１３の上に被着されている。
【００８３】
なお、この実施例の液晶表示素子は、前記液晶素子１ａの構造が上述した第１の実施例の液晶素子１と異なり、また、第１の実施例の液晶表示素子における拡散層１８を省略しているが、前記液晶素子１ａの液晶層１２及び複数の画素Ａの反射表示部Ａ１のΔｎｄ１と透過表示部Ａ２のΔｎｄ２の値は第１の実施例と同じであり、また偏光板１４，１５とλ／４板１６，１７の配置状態も第１の実施例と同じであるから、重複する説明は省略する。
【００８４】
この実施例の液晶表示素子は、前記液晶素子１ａの複数の画素Ａをそれぞれ反射表示部Ａ１と透過表示部Ａ２とに区分する反射手段８を、前記複数の画素Ａ毎に前記反射表示部Ａ１に対応させて設けられ、反射面に凹凸が形成された複数の反射膜８ｂにより形成しているため、外光を利用する反射表示をより明るくするとともに、視野角をより広くすることができる。
【００８５】
また、この実施例では、前記液晶素子１ａの反対側基板３の基板面に表面全体を凹凸面に形成した凹凸面膜１３を設け、その上に前記反射膜８ｂを形成しているため、面光源１９からの照明光を利用する透過表示のときも、前記凹凸面膜１３により拡散された光を出射し、視野角を広くすることができる。
【００８６】
なお、この実施例では、前記凹凸面膜１３の上に反射膜８ｂを被着させることにより前記反射膜８ｂの反射面に凹凸を形成しているが、前記反射膜８ｂの反射面に凹凸を形成する手段は他の手段によってもよく、また、前記透過表示のときは非拡散光を出射させるようにしてもよい。
【００８７】
また、上述した各実施例の液晶表示素子は、液晶表示素子１，１ａの一対の基板２，３と一対の偏光板１４，１５との間にそれぞれλ／４板１６，１７を配置したものであるが、λ／４板は、前記一対の基板２，３と一対の偏光板１４，１５との間のうち、観察側基板２と観察側偏光板１４との間に１枚だけ配置してもよい。
【００８８】
また、上記各実施例の液晶表示素子は、アクティブマトリックス液晶素子１，１ａを備えたものであるが、液晶素子は、単純マトリックス型液晶素子でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】この発明の第１の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図。
【図２】前記液晶表示素子の一対の基板のラビング方向と、観察側及び反対側の偏光板の透過軸の向きと、観察側及び反対側のλ／４板の遅相軸の向きを示す図。
【図３】第１の実施例における液晶分子のＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態の模式図。
【図４】前記液晶表示素子の反射表示の模式図。
【図５】前記液晶表示素子の透過表示の模式図。
【図６】この発明の第２の実施例を示す液晶分子のＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態の模式図。
【図７】この発明の第３の実施例を示す液晶分子のＯＦＦ電圧印加時とＯＮ電圧印加時の配向状態の模式図。
【図８】この発明の第４の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図。
【符号の説明】
【００９０】
１，１ａ…液晶素子、２，３…基板、４，５…電極、６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ…カラーフィルタ、７…ＴＦＴ、８…反射手段、８ａ，８ｂ…反射膜、Ａ…画素、Ａ１…反射表示部、Ａ２…透過表示部、９…基板間隙調整用透明膜、１０，１１…垂直配向膜、２ａ，３ａ…ラビング方向、１２…液晶層、１２ａ…液晶分子、１３…凹凸面膜、１４，１５…偏光板、１４ａ，１５ａ…透過軸、１６，１７…λ／４板、１６ａ，１７ａ…遅相軸、１８…拡散層、１９…面光源。
【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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