(57)【要約】【課題】不要な色つきを抑制したより簡単な構造を持つ液晶装置を提供する。【解決手段】視認側に第１透明基板２と反対側に第２透明基板８とこれら基板間に液晶層４とを備え、第２透明基板の液晶層側表面に半透過反射膜７を備えたスーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）型液晶装置であって、半透過反射膜が、照明光が透過するときに、照明光が第１透明基板２から半透過反射膜に入射するまでを透過する場合に呈する色彩に対する補色を呈するように構成した誘電体多層膜であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも視認側に第１基板と前記第１基板の視認側と反対側に第２基板を対向して配置させこれら対向する基板間に液晶層を封止した構成を有する液晶セルとこの液晶セルの視認側と反対側に配設されたバックライトを有するスーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）型液晶装置であって、
前記液晶層と前記バックライトの間に、視認側からの光に対しては反射しバックライトからの光は透過する機能を有する半透過反射部材が配設されており、該半透過反射部材が、該液晶装置の照明光が透過するときに、該照明光が前記第１基板から該半透過反射部材の前面までを透過するときに呈する色彩に対する補色を呈することを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記半透過反射部材が誘電体多層膜よりなることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
前記誘電体多層膜は、高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜を交互に積層した多層膜であることを特徴とする請求項２記載の液晶装置。
【請求項４】
前記誘電体多層膜を構成するそれぞれの膜は、平らであることを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶装置。
【請求項５】
前記液晶層と前記第２基板との間には、カラーフィルタ層が配設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話や携帯型小型端末（ＰＤＡ）などに用いる小型液晶装置に関し、特に色ずれを抑制して鮮明化した液晶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）型液晶は、ねじれ角が２４０°から２７０°と大きいため印加電圧による配向ベクトルの配向状態変化が急激となり、リターデーション△ｎｄ（屈折率異方性と板厚の積）が大きいため急峻な透過率電圧特性が実現されるので、単純マトリックス駆動によって大容量の表示を行うことが可能であり、液晶表示装置、液晶プリンタ、画像投影装置などによく使用される。
【０００３】
ＳＴＮ型液晶装置では、液晶セルを透過した光の偏光状態が波長によって異なるため色ずれが生じ、本質的に無彩色な白色表示が実現できない。しかし、特にカラーフィルターと組み合わせてカラー表示を行う場合は白黒表示ができることが重要である。そこで、白色表示を実現する方法として、２層液晶方式や位相差板方式などが開発されている。
【０００４】
図３は２層液晶方式の液晶装置の層構造を示す断面図である。２層液晶方式は駆動用液晶セルに光学的に対称な補償用液晶セルを重ねたもので、駆動用液晶セルで色相ごとに偏光状態が異なるために色ずれが生じた透過光を全く対称なディメンジョンを持った補償用液晶セルに通すことにより色相ごとのずれを無くして元の無彩色光に戻すことができる。
【０００５】
たとえば図３に例示した２層液晶方式の単純マトリックス駆動式液晶装置では、バックライトから入射する照明光は、偏光板で直線備光となって透明基板、半透過反射膜、カラーフィルタ層、さらに信号電極を包み込むように設けた配向層を透過して配向処理が施された液晶層に入射する。液晶層に入射した偏光は液晶分子のねじれに沿って偏光状態を保持したまま伝播し、さらに、対向して設けられる走査電極を包む配向層と透明基板を透過する。
【０００６】
照明光は、これらの複屈折性を有する光学層を通過する間に、波長に依存する偏光状態変化を履歴して、その結果特定の色相に着色してしまう。
そこで、配向膜で偏光軸に適当なねじれを加えた液晶層を備えた補償用液晶セルをさらに透過させることにより、光学的にほぼ逆の偏光状態変化を起こさせて着色を解消し、再び直線偏光に戻った透過光を偏光板で検光して、透過光の偏光軸が偏光板の吸収軸と平行の時に良好な黒表示とし垂直なときに代表示を得ることができる。
また、外が明るいときには、バックライトを消して外光により液晶表示を見ることができる。
【０００７】
外光は、図の上側から進入して偏光板で直線偏光になり、さらに補償用液晶セルを透過する間に予め決められた色を帯びる。所定の色ずれを有する光が駆動用液晶セルおよびカラーフィルタ保護膜などを透過する間に波長ごとに固有の色ずれを生じて直線偏光に戻り、半透明反射膜で反射する。半透明反射膜で反射した光は直線偏光になっているので、その後駆動用液晶セルで固有の色ずれを生じるが、補償用液晶セルでこの色ずれを相殺して直線偏光に戻り、偏光板を検波板として利用して白黒表示をする。駆動用液晶セルとその前後の光学素子で発生する色ずれを的確に相殺するように補償用液晶セルを設計することにより、無彩色に近い白黒表示を行うことができる。このような構成の液晶装置により、カラーフィルタを透過した光に不要な色ずれを与えず、鮮明なカラー表示が可能になる。
【０００８】
このように、２層液晶方式は表示用液晶と等価な補償用液晶層を追加するもので、液晶層で生じた色ずれを光学的に等価の構成を有する液晶層を通すことにより相殺することができるが、構造的に複雑になりしかも装置が厚くなる。そこで、現在では１軸延伸したポリカルボナートフィルムなどの複屈折性フィルムを２枚使って色ずれを補償する位相差板方式がよく用いられている。
【０００９】
２枚の位相差板は液晶を透過する光の位相差を補償することにより透過光が色づくことを防止するが、位相差板自体のリターデーション△ｎｄのコントロールが困難であり、また２枚の位相差板の光学軸と偏光板の偏光軸の角度を最適化することが難しい。また、特許文献１には、誘電体多層膜を使用して、複屈折性と旋光性について液晶パネルと等価な光学的性質を持つようにした位相補償板が開示されているが、これによっても、完全に無彩色化することはできなかった。
【００１０】
そこで、色づきに対して補色を呈する色素を予め液晶層に添加することが提案されている。しかし、液晶に色素を混入すると液晶の特性が変化して表示不能となる可能性がある。これに対して、特許文献２は、色素を液晶層に混入する代わりに透明基板にオーバーコート層を設けてここに顔料を混入する方法を開示している。開示された発明によれば、色素の混入がない場合に呈する色相に対して補色の関係を有する顔料をオーバーコード層に添加するもので、たとえば黄色の色づきに対して赤色および青色の顔料、緑の色づきに対しては赤色顔料、青色の色づきに対しては黄色と赤色の顔料を添加することにより、無彩色化することができる。ただし、顔料の添加による色相調整であるので、色素添加量が過大になると表示が暗くなって見えなくなる欠点がある。
【００１１】
【特許文献１】
特許２６４９３８９号公報
【特許文献２】
特開平１１−１０９３３４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、より簡単な構造によって不要な色つきを抑制した液晶装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の液晶装置は、少なくとも視認側に第１基板と第１基板の視認側と反対側に第２基板を対向して配置させこれら対向する基板間に液晶層を封止した構成を有する液晶セルとこの液晶セルの視認側と反対側に配設されたバックライトを有するスーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）型液晶装置であって、液晶層とバックライトの間に、視認側からの光に対しては反射しバックライトからの光は透過する機能を有する半透過反射部材が配設されており、半透過反射部材が、液晶装置の照明光が透過するときに、照明光が第１基板から半透過反射部材の前面までを透過するときに呈する色彩に対する補色を呈することを特徴とする。
【００１４】
ＳＴＮ型液晶装置に半透過反射部材を組み込んで、明るいときには外部光を取り込み半透過反射部材で反射させて液晶状態が見えるようにする反射型液晶装置として作動し、暗いときには背後の照明装置の光を使って透過光で液晶状態が見えるようにした透過型液晶装置として作動するようにすることができる。
本発明の液晶装置では、半透過反射部材に色味を付けることにより、液晶層などを透過する間に生じる色ずれを相殺して無彩色化する。
【００１５】
半透過反射部材は金属薄膜で形成される半透明ミラーであってもよいが、本発明の液晶装置では、誘電体多層膜よりなる半透過反射膜を後ろのガラス基板の内側表面に形成して利用することができ、特に、たとえば酸化チタンなどの高屈折率層と酸化シリコンなどの低屈折率層を交互に数１０段重ねた誘電体多層膜を利用することが好ましい。
なお、半透過反射膜は下透明基板側の信号電極膜と偏光板の間であればどこに配置しても良いことはいうまでもない。
【００１６】
従来の半透過型液晶表示装置では、液晶の複屈折性に基づいて生ずる色ずれを位相差板などにより抑制するので、半透過反射部材として使用する誘電体多層膜はできるだけ無彩色化して、液晶表示面における色味を抑えている。特にカラー表示をする場合には半透過反射部材における透過光の分光分布特性は可視光領域においてほぼフラットになるように設計されてきた。
【００１７】
これに対して、本発明の液晶装置では、従来の色味抑制手段を利用しないで、半透過反射部材に色味を付けることにより、液晶層などを透過する間に生じる色ずれを相殺して無彩色化するところに特徴がある。
本発明の液晶装置は、構造に付加する液晶層や位相差板など従来の色味抑制手段を不要とし、従来の装置に既に使用されていた誘電体多層膜の構成を調整することにより透過光の分光分布を調整して、照明光が液晶層や電極部などを透過する間に発生する色味を相殺させるものなので、液晶装置の構成がより簡素になり、確実に無彩色化ができて、装置製造の歩留まりが向上しコストダウンができる。
【００１８】
なお、誘電体多層膜を構成するそれぞれの膜は微視的に見ても平らであって、多層薄膜の各層固有の光波長特性の累積を利用して呈色するように積層させることが好ましい。
また、第１基板は外面表面に第１偏光板を設け液晶層側表面に第１透明電極を形成して第１配向膜で覆い、第２基板は液晶層側表面に第２透明電極とそれを覆う第２配向膜を備え外側表面に第２偏光板を備えるようにしてもよい。
液晶層に接する面に配向膜を配置することにより、液晶に適当なねじれ角を与えて、印加電圧の変化に対して透過率が急峻な変化を呈して、単純マトリックス駆動で大容量の表示を行うことができるスーパーツイストネマチック型（ＳＴＮ）液晶装置を構成することができる。また、第１基板の外側表面に第１偏光板を設け第２基板の外側表面に第２偏光板を設けることにより、半透過反射部材で反射する入射光が往復する間に２回偏光板を透過し、半透過反射部材を透過する入射光も液晶装置を透過する間に２回偏光板を透過する。したがって、外光を用いて表示する場合とバックライトを用いて表示する場合のいずれにも、同じ駆動信号で同じ白黒表示を実現させることができる。
【００１９】
さらに、第２配向膜と半透過反射部材の間に、保護膜に挟まれたカラーフィルタ層を備えたカラー表示用液晶装置であってもよい。不要な色を消して、カラーの彩度を向上させる効果を有する。
本発明の液晶装置では、液晶装置を透過する光は色付きのない白黒表示を実現するので、カラーフィルタの色を忠実に再現したカラー表示が可能で、良質なカラー表示液晶装置となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶装置製造方法と液晶装置について図面を用い実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例である液晶装置の層構造を示す断面図、図２は液晶装置を透過する光の分光特性図である。本実施例の液晶装置はカラー表示ができるものである。なお、図３は従来の液晶装置の層構造を例示する断面図である。
【００２１】
本実施例の液晶装置は、図１を参照すると、図の上側から、第１の偏光板１、第１の透明基板２、透明基板表面に形成された走査電極を雇う第１の配向膜３、液晶層４、信号電極を覆う第２の配向膜５、カラーフィルターを包む保護膜６、半透過反射膜７、第２の透明基板８、第２の偏光板９、第２偏光板と空間を隔てて配置される照明器１０、の各層から構成される。走査電極と信号電極はいずれもインジウムスズ酸化物ＩＴＯにより構成された透明電極である。
外光が第１偏光板１から入射すると、この光が透明電極や液晶層、配向層、保護膜など複屈折性を有する光学素子を透過する間に波長ごとに異なる偏光状態変化を履歴するため、半透明反射膜に到達した光は液晶装置の構成に基づいた波長特性を呈し、色味を帯びるようになる。
【００２２】
半透過反射膜７は、酸化チタンＴｉＯなどの高屈折率薄膜と酸化珪素ＳｉＯ２などの低屈折率薄膜を交互に積層した誘電体多層膜であって、入射光のほぼ５０％を反射し、ほぼ５０％を透過するように構成されている。液晶装置は、この半透過反射膜の機能により、明るい外光を利用して表示を見る反射方式と、外が暗いときにバックライトを点灯して透過光で表示を見る透過方式を切り替えて使用することができる。
【００２３】
本実施例の液晶装置に使用する半透過反射膜７は、さらに、光学素子を透過する間につく色味の補色を発生させるカラーフィルタとして機能する。誘導体多層膜は、各層の膜厚や層数を調整することにより、反射光又は透過光に任意の色彩を持たせることが可能である。そこで、半透過反射膜に到達した色味の着いた光が半透過反射膜を透過する間に、入射光の色味の補色成分を吸収して相殺し無彩色化することによって色補償をするようにする。
図２は、色味と誘導体多層膜の着色の関係を示す分光図である。図は、横軸に光の波長を取り、縦軸に透過率を取って、液晶セル部の透過率のグラフａ、半透過反射膜の透過率のグラフｂ、および両方共に透過したときの総合的な透過率のグラフｃをプロットしてある。
【００２４】
たとえば、照明光が液晶セルを透過したときに図のグラフａで示すように黄色に着色する液晶装置には、半透過反射膜を透過するときに図のグラフｂで示すように黄色の補色の赤及び青色が透過しにくいように構成して、色味の付いた照明光が半透過反射膜を透過したときにグラフｃに示すように、明度は落ちても可視光域における光分光特性はほぼ平坦になるようにして、結果として無彩色を呈するようにする。
なお、照明光が液晶セルを通過することによって緑色になる液晶装置では、補色の赤色が着くような誘導体多層膜を組み込み、照明光が青色になる液晶装置では、補色の赤あるいは黄色が着くような誘導体多層膜を組み込む。
【００２５】
昼間など外が明るいときには、第１偏光板１の方から外光が入って、液晶セルを透過する間に着いた色味を半透過反射膜７で相殺して無彩色化して反射する。この無彩色光は、半透過反射膜で反射するときに、その誘導体多層膜の固有の色味が付くので、その後に液晶セル部を透過するときにその補色成分の色味が付加されて、結局無彩色光として第１偏光板１から放出される。
また、外が暗いときにバックライト１０を点灯して液晶セルの後ろから照明するときには、第２偏光板９で直線偏光になって第２透明基板８を透過し半透過反射膜７に入射して、多層膜を透過する間に固有の色味が付くが、その後に液晶セル部を透過する間に、半透過反射膜７で着いた色と補色の関係にある色味が付いて無彩色化し、第１偏光板１から外部に放射されるときには明度の小さい白色光になっている。
【００２６】
このようにして、本実施例の液晶装置では、照明光の無彩色化をしてカラー表示の時には鮮明な色を表示することができる。なお、カラーフィルターを備えず白黒表示をする液晶装置においては、本発明の適用により良好な白黒表示をすることができる。
本実施例の液晶装置は、液晶セルを透過する間に付着する色味を半透過反射膜を透過する間に相殺して、透過光を無彩色化するので、色味補償のために特別な部材を付加する必要がなく、より簡単な構造によって色付きを抑制することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶装置により、不要な色付きを抑制して鮮明な白黒表示あるいはカラー表示をさせることができるより簡単な構造を持ちより安価な液晶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例である液晶装置の構成を示す断面図である。
【図２】本実施例の液晶装置の透過率を示すグラフである。
【図３】従来例における液晶装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  第１偏光板
２  第１透明基板
３  第１配向膜
４  液晶層
５  第２配向膜
６  保護膜
７  半透明反射膜（誘電体多層膜）
８  第２透明基板
９  第２偏光板
１０  バックライト
【図１】
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【図２】
2005024703.tif 000004
【図３】
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