(57)【要約】【課題】低コストで製造でき、黒表示および中間調表示の着色が十分に抑制された液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明による液晶表示装置は、液晶層と、液晶層を介して互いに対向するように配置された第１基板および第２基板と、液晶層の第１基板側に設けられた反射層と、液晶層の第２基板側に設けられた偏光素子と、液晶層と偏光素子との間に設けられ、液晶層に平行な面内に遅相軸を有する位相差素子と、液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極とを備える。本発明による液晶表示装置は、第２基板側から入射し、偏光素子、位相差素子、および液晶層をこの順で通過し、反射層で反射された光を用いて表示を行う反射領域を有する。位相差素子が有する遅相軸ＳＬは、偏光素子の透過軸ＴＲと４５°の角をなす方向Ｄ１に対して傾斜している。【選択図】図２
2005091897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層と、
前記液晶層を介して互いに対向するように配置された第１基板および第２基板と、
前記液晶層の前記第１基板側に設けられた反射層と、
前記液晶層の前記第２基板側に設けられた偏光素子と、
前記液晶層と前記偏光素子との間に設けられ、前記液晶層に平行な面内に遅相軸を有する位相差素子と、
前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極とを備え、
前記第２基板側から入射し、前記偏光素子、前記位相差素子、および前記液晶層をこの順で通過し、前記反射層で反射された光を用いて表示を行う反射領域を有する液晶表示装置であって、
前記位相差素子が有する前記遅相軸は、前記偏光素子の透過軸と４５°の角をなす方向に対して傾斜している、液晶表示装置。
【請求項２】
前記位相差素子以外の位相差素子を備えていない、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記位相差素子は単一の位相差板である、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記位相差素子の前記遅相軸は、前記液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で規定される方向に対して傾斜している、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記位相差素子の前記遅相軸と前記偏光素子の吸収軸とがなす角θは、２０°＜θ＜４０°の関係を満足する、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
波長λ（ｎｍ）の光に対する前記位相差素子の面内リタデーションＲｅ（λ）は、９８ｎｍ≦Ｒｅ（４５０）≦１５８ｎｍ、１４０ｎｍ≦Ｒｅ（５５０）≦１７５ｎｍおよび１４１ｎｍ≦Ｒｅ（６５０）≦２１０ｎｍの関係を満足する、請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
波長λ（ｎｍ）の光に対する前記位相差素子の面内リタデーションＲｅ（λ）は、０．７＜Ｒｅ（４５０）／Ｒｅ（５５０）＜０．９および１．０１＜Ｒｅ（６５０）／Ｒｅ（５５０）＜１．２の関係を満足する、請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】
波長λ（ｎｍ）の光に対する前記位相差素子の面内リタデーションＲｅ（λ）は、４００ｎｍ≦λ≦７００ｎｍの範囲でλの増加とともに単調増加する、請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項９】
液晶層と、
前記液晶層を介して互いに対向するように配置された第１基板および第２基板と、
前記液晶層の前記第１基板側に設けられた反射層と、
前記液晶層の前記第２基板側に設けられた偏光素子と、
前記液晶層と前記偏光素子との間に設けられた位相差素子と、
前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極とを備え、
前記第２基板側から入射し、前記偏光素子、前記位相差素子、および前記液晶層をこの順で通過し、前記反射層で反射された光を用いて表示を行う反射領域を有する液晶表示装置であって、
前記位相差素子は、前記第２基板側から入射して前記偏光素子を通過した直線偏光を、ポアンカレ球上において、当該直線偏光を表す点とポアンカレ球の中心とを含む直線に対して傾斜した回転軸を中心として回転させる、液晶表示装置。
【請求項１０】
前記回転軸と前記直線とがなす角θ’は、４０°＜θ’＜８０°の関係を満足する、請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記液晶層の複屈折率Δｎと前記反射領域における前記液晶層の厚さｄとの積で規定されるリタデーションΔｎ・ｄは、前記一対の電極の間に印加される電圧の値に応じて、Δｎ1・ｄ≦Δｎ・ｄ≦Δｎ2・ｄの範囲で変化し、Δｎ・ｄ＝Δｎ1・ｄのときに黒表示を行う、請求項１から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記反射層で反射されて前記偏光素子から観察者側に出射する光は、Ｄ６５光源の光とのＬ*ａ*ｂ*表色系における色差ΔＥ*ａｂが５以下である、請求項１から１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、反射モードで表示が可能な液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、軽量、薄型で、且つ、低消費電力であるという特長を有しているので、携帯情報端末のディスプレイなどに広く用いられている。液晶表示装置の中でも、反射型液晶表示装置や透過反射両用型液晶表示装置は、液晶層の背面に設置した反射層により反射された周囲光を用いて表示（反射モード表示）を行うことができる。従って、透過型液晶表示装置では不可欠なバックライトを使用しなかったり、バックライトの負担を低減することができたりするため、さらに消費電力が少ない。
【０００３】
反射型液晶表示装置として、図２１に示すような反射型液晶表示装置３００が知られている。反射型液晶表示装置３００は、液晶セル３１０の観察者側に、位相差板３２０と偏光板３３０とを有している。液晶セル３１０は、一対の基板３０１および３０２の間に設けられたホモジニアス配向の液晶層３０８と、液晶層３０８に電圧を印加するための反射電極３０３および透明電極３０５とを有している。
【０００４】
偏光板３３０を通過した直線偏光は、位相差板（例えばλ／４板）３２０と液晶層３０８とを通過することによって、リタデーション（位相差を波長で換算して、長さで示した量）が与えられる。このリタデーションの大きさは、位相差板３２０のリタデーションと、液晶層３０８のリタデーションとに依存する。液晶層３０８の複屈折率Δｎと、その厚さｄ（セルギャップとも言う）との積（Δｎ・ｄ）で表され、印加電圧の大きさに応じて、液晶分子の配向変化による複屈折率（Δｎ）の変化に伴って変化する。従って、印加電圧を制御し、液晶層３０８のリタデーションを調整することによって、偏光板３３０を透過し、位相差板３２０と液晶層３０８とを通過し、反射電極３０３で反射され、再び、液晶層３０８と位相差板３２０とを通過する光に与えるリタデーションの大きさが調整される。すなわち、印加電圧を制御することによって、偏光板３３０を通過し、反射電極３０３で反射され、再び偏光板３３０を透過する光の量が制御され、階調表示が実現される。
【０００５】
ところが、位相差板３２０および液晶層３０８のリタデーションを特定の波長（例えば、可視光（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の中で視感度が最も高い５５０ｎｍ）について、白または黒表示のための最適設計を行ったとしても、位相差板３３０や液晶層３０８のリタデーションは波長分散を有するので、他の波長では最適設計値からずれてしまい、特に、黒表示では光漏れや着色が大きく、表示品位が大きく低下する。
【０００６】
そこで、特許文献１は、液晶層のリタデーションが小さい状態において黒表示を行うとともに、リタデーションが光の波長λの増加に伴って単調増加する位相差素子を用いることによって、黒表示の品位が改善された液晶表示装置を開示している。この特許文献１には、位相差素子としてジアセチルセルロースから形成された位相差板を１枚用いる構成と、ポリビニルアルコールから形成された２枚の位相差板を貼り合せた積層型位相差素子を用いる構成とが開示されている。
【０００７】
位相差板を１枚用いる場合、偏光板の透過軸と位相差板の遅相軸とのなす角度を４５°にし、位相差板の遅相軸を、図２２（ａ）および（ｂ）に示すように、液晶層の液晶分子の平均配向方向（上面近傍の液晶分子の配向方向と下面近傍の液晶分子の配向方向との中間の方位）に対して直交または平行とする構成が採用される。従来、このような構成でなければ白表示および黒表示を好適に行うことができないと考えられてきたからである。そして、このような構成を前提として、位相差板のリタデーションおよびその波長分散の最適化が行われてきた。
【０００８】
また、特許文献２は、λ／４板とλ／２板とをそれぞれの延伸軸が適切な角度をなすように貼り合わせることによって、リタデーションの波長分散の制御が容易となった積層型位相差素子を開示している。
【特許文献１】特開２００１−３５６３３６号公報
【特許文献２】特開平１０−６８８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本願発明者が詳細な検討を重ねた結果、特許文献１に開示されている位相差板を１枚用いる構成において位相差板を上記のように配置しても、実際には、理想的な波長分散を実現する材料が存在しないので着色を十分に抑制することができず、中間調表示および黒表示において、紫色の強い着色が発生してしまうことが分かった。
【００１０】
また、特許文献１および２に開示されているような積層型位相差素子を用いると、十分に着色を抑制できる波長分散を実現しやすいものの、複数の位相差板を用いるので製造コストの上昇を招いてしまう。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで製造でき、黒表示および中間調表示の着色が十分に抑制された液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による液晶表示装置は、液晶層と、前記液晶層を介して互いに対向するように配置された第１基板および第２基板と、前記液晶層の前記第１基板側に設けられた反射層と、前記液晶層の前記第２基板側に設けられた偏光素子と、前記液晶層と前記偏光素子との間に設けられ、前記液晶層に平行な面内に遅相軸を有する位相差素子と、前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極とを備え、前記第２基板側から入射し、前記偏光素子、前記位相差素子、および前記液晶層をこの順で通過し、前記反射層で反射された光を用いて表示を行う反射領域を有する液晶表示装置であって、前記位相差素子が有する前記遅相軸は、前記偏光素子の透過軸と４５°の角をなす方向に対して傾斜しており、そのことによって上記目的が達成される。
【００１３】
ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記位相差素子以外の位相差素子を備えていない。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記位相差素子は単一の位相差板である。
【００１５】
ある好適な実施形態において、前記位相差素子の前記遅相軸は、前記液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で規定される方向に対して傾斜している。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記位相差素子の前記遅相軸と前記偏光素子の吸収軸とがなす角θは、２０°＜θ＜４０°の関係を満足する。
【００１７】
ある好適な実施形態において、波長λ（ｎｍ）の光に対する前記位相差素子の面内リタデーションＲｅ（λ）は、９８ｎｍ≦Ｒｅ（４５０）≦１５８ｎｍ、１４０ｎｍ≦Ｒｅ（５５０）≦１７５ｎｍおよび１４１ｎｍ≦Ｒｅ（６５０）≦２１０ｎｍの関係を満足する。
【００１８】
ある好適な実施形態において、波長λ（ｎｍ）の光に対する前記位相差素子の面内リタデーションＲｅ（λ）は、０．７＜Ｒｅ（４５０）／Ｒｅ（５５０）＜０．９および１．０１＜Ｒｅ（６５０）／Ｒｅ（５５０）＜１．２の関係を満足する。
【００１９】
ある好適な実施形態において、波長λ（ｎｍ）の光に対する前記位相差素子の面内リタデーションＲｅ（λ）は、４００ｎｍ≦λ≦７００ｎｍの範囲でλの増加とともに単調増加する。
【００２０】
あるいは、本発明による液晶表示装置は、液晶層と、前記液晶層を介して互いに対向するように配置された第１基板および第２基板と、前記液晶層の前記第１基板側に設けられた反射層と、前記液晶層の前記第２基板側に設けられた偏光素子と、前記液晶層と前記偏光素子との間に設けられた位相差素子と、前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極とを備え、前記第２基板側から入射し、前記偏光素子、前記位相差素子、および前記液晶層をこの順で通過し、前記反射層で反射された光を用いて表示を行う反射領域を有する液晶表示装置であって、前記位相差素子は、前記第２基板側から入射して前記偏光素子を通過した直線偏光を、ポアンカレ球上において、当該直線偏光を表す点とポアンカレ球の中心とを含む直線に対して傾斜した回転軸を中心として回転させ、そのことによって上記目的が達成される。
【００２１】
ある好適な実施形態において、前記回転軸と前記直線とがなす角θ’は、４０°＜θ’＜８０°の関係を満足する。
【００２２】
ある好適な実施形態において、前記液晶層の複屈折率Δｎと前記反射領域における前記液晶層の厚さｄとの積で規定されるリタデーションΔｎ・ｄは、前記一対の電極の間に印加される電圧の値に応じて、Δｎ1・ｄ≦Δｎ・ｄ≦Δｎ2・ｄの範囲で変化し、Δｎ・ｄ＝Δｎ1・ｄのときに黒表示を行う。
【００２３】
ある好適な実施形態において、前記反射層で反射されて前記偏光素子から観察者側に出射する光は、Ｄ６５光源の光とのＬ*ａ*ｂ*表色系における色差ΔＥ*ａｂが５以下である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による液晶表示装置では、位相差板が液晶層に平行な面内に有する遅相軸が、偏光板の透過軸と４５°の角をなす方向に対して傾斜している（平行でもなく直交してもいない）ので、波長ごとの光透過率のばらつきを小さくすることができる。そのため、黒表示および中間調表示の着色を抑制することができ、その結果、高品位の表示を実現することができる。また、種類の異なる（リタデーションの設定や遅相軸の配置が異なる）複数の位相差板を用いる必要がないので、製造コストの低減を図ることができる。
【００２５】
したがって、本発明によると、低コストで製造でき、黒表示および中間調表示の着色が十分に抑制された液晶表示装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下では反射型液晶表示装置を例として本発明の実施形態を説明するが、本発明は反射型液晶表示装置に限定されず、表示の最小単位に対応する画素領域ごとに反射モードで表示を行う反射領域を有する液晶表示装置に広く適用される。例えば、透過反射両用型液晶表示装置や半透過膜（ハーフミラー）を用いた半透過型液晶表示装置に適用することができる。また、例示する反射型液晶表示装置は、位相差板のリタデーションの設計や位相差板の遅相軸の配置等が従来と異なっているが、その他の構成は公知のものを広く利用できる。また、偏光板、位相差板、液晶層および反射層は、観察者側からこの順に配置されていればよく、基板との位置関係に特に制限はない。
【００２７】
図１に、本実施形態における反射型液晶表示装置１００を模式的に示す。反射型液晶表示装置１００は、液晶セル１１０と、液晶セル１１０の観察者側に配置された位相差板１２０および偏光板１３０とを有している。液晶セル１１０は、互いに対向するように配置された一対の基板（例えばガラス基板）１０１および１０２と、これらの間に配置された液晶層１０８と、液晶層１０８に電圧を印加するための反射電極（例えばＡｌ層）１０３および透明電極（例えばＩＴＯ層）１０５とを有している。反射型液晶表示装置１００は、基板１０２側（観察者側）から入射し、偏光板１３０、位相差板１２０、および液晶層１０８をこの順で通過し、反射電極１０３で反射された光を用いて表示を行う。
【００２８】
反射型液晶表示装置１００は、液晶層１０８の複屈折率Δｎと液晶層１０８の厚さｄとの積で規定されるリタデーションΔｎ・ｄが、反射電極１０３と透明電極１０５との間に印加される電圧の値に応じて、Δｎ1・ｄ≦Δｎ・ｄ≦Δｎ2・ｄの範囲で変化し、Δｎ・ｄ＝Δｎ1・ｄのときに黒表示を行うように構成されている。すなわち、反射型液晶表示装置１００は、液晶層１０８のリタデーションが小さいときに、黒表示を行う。
【００２９】
液晶層１０８のリタデーションが小さいときに黒表示を行う構成は、液晶層１０８のリタデーションが大きいとき（すなわちΔｎ・ｄ＝Δｎ2・ｄのとき）に黒表示を行う構成に比べ、生産性において有利である。液晶層１０８のリタデーションが大きいときに黒表示を行う構成では、液晶層１０８の厚さ（セルギャップ）ｄが設計値からずれると、黒を表示する際の液晶層１０８のリタデーションの設計値からのずれも大きい（なぜなら、Δｎ2＞Δｎ1）ので、黒表示状態での遮光が不十分となり、十分なコントラスト比が得られないことがある。そのため、良好な黒表示を行うためには、セルギャップを高い精度で制御する必要があり、製造プロセスにマージンが少なく、生産性が低い。これに対し、液晶層１０８のリタデーションが小さいときに黒表示を行う構成は、セルギャップ（液晶層１０８の厚さ）の変動に対して表示品位の劣化が小さく、生産性において有利である。
【００３０】
液晶層１０８のリタデーションが小さいときに黒表示を行う構成としては、例えば、正の誘電率異方性を有する液晶材料を用いたノーマリホワイト（ＮＷ）モードや、負の誘電率異方性を有する液晶材料を用いたノーマリブラック（ＮＢ）モードが挙げられる。本実施形態における反射型液晶表示装置１００は、正の誘電率異方性を有する液晶材料を用いてノーマリホワイトモードで表示を行う。
【００３１】
次に、図２を参照しながら、反射型液晶表示装置１００が備える位相差板１２０の構成を説明する。図２に示すように、位相差板１２０は、液晶層１０８に平行な面内に遅相軸ＳＬを有している。位相差板１２０の遅相軸ＳＬは、偏光板１３０の透過軸ＴＲと４５°の角をなす方向Ｄ１に対して傾斜している。つまり、位相差板１２０の遅相軸ＳＬは、方向Ｄ１に対して平行でもなく直交してもなく、偏光板１３０の透過軸ＴＲとなす角度が４５°ではない。
【００３２】
本発明による反射型液晶表示装置１００では、位相差板１２０の遅相軸ＳＬが上記のように配置されているので、黒表示および中間調表示の着色を抑制することができ、高品位の表示を実現することができる。以下、その理由を説明する。
【００３３】
観察者側から入射して偏光板１３０を通過した直線偏光は、位相差板１２０と液晶層１０８とを通過することによって、リタデーションを与えられ、このリタデーションの大きさは、位相差板１２０のリタデーションと、液晶層１０８のリタデーションとに依存する。図３および図４に、白表示時の液晶層１０８のリタデーションΔｎ2・ｄおよび位相差板１２０のリタデーションＲｅの波長分散特性（波長依存性）の一例をそれぞれ示す。なお、図３では、縦軸は、波長λ（ｎｍ）の光に対するリタデーションΔｎ2・ｄ（λ）を波長５５０ｎｍの光に対するリタデーションΔｎ2・ｄ（５５０）で規格化した値を示している。また、図４においても、縦軸は、波長λ（ｎｍ）の光に対するリタデーションＲｅ（λ）を波長５５０ｎｍの光に対するリタデーションＲｅ（５５０）で規格化した値を示している。
【００３４】
液晶層１０８のリタデーションΔｎ2・ｄは、例えば図３に示すように、波長λの増加に伴って単調減少するような波長依存性を示す。また、位相差板１２０のリタデーションＲｅは、例えば図４に示すように、波長λの増加に伴って一旦増加した後に減少するような波長依存性を示す。
【００３５】
また、黒表示時の液晶層１０８のリタデーションΔｎ1・ｄは、ゼロに近いことが好ましいが、実際には、配向処理された表面（典型的には配向膜の表面）のアンカリング効果によって、黒表示状態において少ないながらもリタデーションが発生する。このリタデーションは「残留リタデーション」と呼ばれる。
【００３６】
一般に、液晶層１０８の残留リタデーションΔｎ1・ｄと位相差板のリタデーションＲｅとを組み合わせた合計のリタデーションが、可視光の全波長に対してλ／４という条件を満足すれば、着色のない良好な黒表示を得られるといえる。ただし、液晶層１０８の残留リタデーションΔｎ1・ｄは、位相差板１２０のリタデーションΔＲｅに比べてかなり小さいので、黒表示時の表示品位には、位相差板１２０のリタデーションΔＲｅの波長依存性が支配的に影響し、位相差板１２０のリタデーションΔＲｅが可視光の全波長に対してほぼλ／４となれば、十分に着色が抑制された黒表示を行うことができる。しかしながら、実際には、そのような理想的な波長依存性を実現する位相差板材料が存在しないので、位相差板１２０のリタデーションΔＲｅの波長依存性を最適化するというアプローチのみでは、良好な黒表示を行うことはできない。なお、図２２に示した従来の構成では、液晶層１０８の残留リタデーションΔｎ1・ｄと位相差板のリタデーションＲｅとを組み合わせた合計のリタデーションが、液晶層１０８の残留リタデーションΔｎ1・ｄと位相差板のリタデーションＲｅとの単純な算術和（あるいは差）で表せるので、位相差板のリタデーションＲｅを設計しやすく、このことは図２２に示す構成が従来用いられていた理由の１つであると考えられる。
【００３７】
本発明による反射型液晶表示装置１００では、位相差板１２０の遅相軸と偏光板１３０の透過軸との配置関係を従来の液晶表示装置の構成と異ならせることによって、高品位の黒表示および中間調表示を実現する。
【００３８】
ここで、図５〜図９を参照しながら、従来の構成における位相差板と、反射型液晶表示装置１００における位相差板の作用の違いを、「ポアンカレ球」を用いて説明する。
【００３９】
「ポアンカレ球」は、図５に示すように、光の偏光状態を表現するストークスパラメータＳ0、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3のうち、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3を直交座標系の各軸（図５中ではｘ軸、ｙ軸、ｚ軸として示している）にとったときのＳ0（強度）を半径とする球であり、光の偏光状態は、このポアンカレ球の球面上の点の位置で表される。
【００４０】
ポアンカレ球を地球に見立てたとき、緯度は楕円率角の２倍を表すので、赤道上には楕円率角がゼロの光すなわち直線偏光が表示され、南極および北極上には円偏光が表示され、赤道と両極との間には楕円偏光が表示される。北半球上には右回りの偏光が表示され、南半球上には左回りの偏光が表示され、北極上の点が右回りの円偏光、南極上の点が左回りの円偏光に対応する。また、経度は楕円長軸方位角の２倍を表すので、ポアンカレ球とｘ軸との正側（軸に矢頭を付している側）の交点を経度ゼロとすると、この点が水平方向に振動する直線偏光、ポアンカレ球とｘ軸との負側（軸に矢頭を付していない側）の交点が垂直方向に振動する直線偏光に対応する。また、ポアンカレ球とｙ軸との正側の交点が、４５°方向（水平方向から反時計周りに４５°回転した方向）に振動する直線偏光に対応し、ポアンカレ球とｙ軸との負側の交点が、−４５°方向（水平方向から時計回りに４５°回転した方向）に振動する直線偏光に対応する。
【００４１】
ポアンカレ球上において、位相差板の機能は、ポアンカレ球面上の点で表される偏光を、ポアンカレ球の中心を通るある回転軸を中心として所定の角度だけ回転させる操作に対応している。このとき、回転角度は、位相差板のリタデーションの大きさに依存し、回転軸は、位相差板の遅相軸方位角の２倍に対応した経度の赤道上の点とポアンカレ球の中心とを結ぶ直線として定義される。
【００４２】
図６に、従来の液晶表示装置の構成、すなわち、偏光板の透過軸と位相差板の遅相軸とが４５°の角度をなす構成における位相差板の機能を示す。ここで用いている位相差板は、リタデーションＲｅが図４に示した波長依存性を有するものであり、波長５５０ｎｍの光に対してλ／４条件を満たすように設計されている。観察者側から入射して偏光板を通過した直線偏光を、ポアンカレ球とｙ軸との負側の交点Ａとすると、偏光板の透過軸と４５°の角をなす遅相軸を有する位相差板は、この直線偏光をｘ軸を中心として回転させる。このとき、位相差板は波長５５０ｎｍの光に対してはλ／４条件を満足するので、点Ａで表される直線偏光のうち、波長５５０ｎｍの光は、ｘ軸を中心としてちょうど９０°回転させられ、北極上の点Ｂで表される右円偏光に変換される。ところが、５５０ｎｍよりも短波長側や長波長側では、位相差板は必ずしもλ／４条件を満足しないので、波長４５０ｎｍの光や波長６００ｎｍの光は、９０°を超える角度や９０°未満の角度だけ回転させられ、北極上の点Ｂからずれた点Ｃや点Ｄで表される楕円偏光に変換されてしまう。
【００４３】
良好な黒表示および白表示を行うためには、偏光板を透過して位相差板に入射した直線偏光が、反射層で反射されて再び偏光板に入射する際には、設計波長において、黒表示の場合は入射時とは偏光方向が直交する直線偏光に、白表示の場合は入射時とは偏光方向が平行な直線偏光に変換されていることが必要であり、その他の波長の光についても設計波長の光とほぼ同じ透過率を示すことが好ましい。また、中間調表示についても、設計波長を含む全ての波長の光（可視光領域の光）がほぼ同じ透過率を示すことが好ましい。
【００４４】
ある偏光状態の光が偏光板を通過する際の透過率は、ポアンカレ球上では、図７に示すように、その光を表す点と偏光板の透過軸の方位に対応した点（観察者側から入射して偏光板を透過した直線偏光を表す点と一致する）との「距離」に依存する。なお、ここでいう「距離」は、単純な二点間の距離ではなく、偏光板の透過軸の方位に対応した点とポアンカレ球の中心とを含む直線に沿った方向（ここではｙ軸に沿った方向）における「ずれ」を意味している。
【００４５】
図８に、従来の構成において、観察者側から入射して偏光板を透過した直線偏光が、位相差板、液晶層、位相差板を順に通過したときの偏光状態の変化を示す。また、図９に、本実施形態における反射型液晶表示装置１００において、観察者側から入射して偏光板１３０を透過した直線偏光が、位相差板１２０、液晶層１０８、位相差板１２０を順に通過したときの偏光状態の変化を示す。なお、図８および図９中、回転軸Ａは、位相差板による回転の軸を示し、回転軸Ｂは、液晶層による回転の軸を示している。また、αは最初に位相差板を通過した後の光、βは液晶層を通過した後の光、γは再度位相差板を通過した後の光を示している。また、黒塗りの図形はポアンカレ球の北半球上の光を示し、白抜きの図形はポアンカレ球の南半球上の光を示している。
【００４６】
位相差板の遅相軸が偏光板の透過軸に対して４５°の角度をなす従来の構成においては、図８に示すように、位相差板による回転の軸Ａ（ｘ軸と一致）が、偏光板の透過軸方位を示す点とポアンカレ球の中心とを含む直線（ｙ軸と一致）に対して直交している。そのため、位相差板のリタデーションの波長依存性に起因した回転角のずれが、ｙ軸に沿った方向における「ずれ」として反映されやすい。そのため、波長ごとの光透過率のばらつきが大きく、表示に着色が発生しやすい。特に、中間調表示において強い着色が発生してしまう。
【００４７】
これに対して、反射型液晶表示装置１００では、位相差板１２０の遅相軸が、偏光板１３０の透過軸と４５°をなす方向に対して傾斜している（平行でもないし直交してもいない）ので、図９に示すように、位相差板１２０による回転の軸Ａが、偏光板１３０の透過軸方位を示す点とポアンカレ球の中心とを含む直線（ｙ軸と一致）に対して傾斜している（平行でもないし直交してもいない）。つまり、反射型液晶表示装置１００の位相差板１２０は、観察者側から入射して偏光板１３０を通過した直線偏光を、ポアンカレ球上において、その直線偏光を表す点とポアンカレ球の中心とを含む直線（ここではｙ軸）に対して傾斜した回転軸（ここでは軸Ａ）を中心として回転させる。そのため、位相差板１２０のリタデーションの波長依存性に起因した回転角のずれが、ｙ軸（入射直線偏光を表す点とポアンカレ球の中心とを含む直線）に沿った方向における「ずれ」として反映されにくく、波長ごとの光透過率のばらつきが小さい。そのため、黒表示および中間調表示の着色を抑制し、高品位の表示を実現することができる。
【００４８】
また、反射型液晶表示装置１００では、種類の異なる（リタデーションの設定や遅相軸の配置が異なる）複数の位相差板を用いる必要がないので、製造コストの低減を図ることができる。なお、本実施形態では位相差素子として一枚の位相差板１２０を用いているが、位相差素子は必ずしも一体化された単一の位相差板である必要はなく、液晶層１０８と偏光板１３０との間に設けられた位相差素子について液晶層１０８に平行な面内に単一の遅相軸が規定されれば、その遅相軸を上記のように配置することによって着色が抑制される。ただし、製造コストを低減する観点からは単一の位相差板であることが好ましい。
【００４９】
位相差板１２０の遅相軸が、偏光板１３０の透過軸と４５°をなす方向に対して傾斜していることによって、上記の効果を得ることができるが、本願発明者は、さらに鋭意検討を重ねた結果、位相差板１２０の遅相軸と偏光板１３０の吸収軸（典型的には透過軸と直交する）とがなす角θが２０°＜θ＜４０°の関係を満足していると、すなわち、回転軸と上記の直線とがなす角θ’が、４０°＜θ’＜８０°の関係を満足していると、上記効果をより確実に得られることを見出した。
【００５０】
なお、本発明による反射型液晶表示装置１００では、位相差板１２０の遅相軸と偏光板１３０の透過軸との配置関係が従来とは異なっているので、位相差板１２０のリタデーションも従来のものとは異なり得る。ある直線偏光に対して位相差板が与えるリタデーションの大きさは、その直線偏光の偏光方向と位相差板の遅相軸との相対関係に依存するからである。
【００５１】
位相差板１２０の遅相軸と偏光板１３０の吸収軸とがなす角θが２０°＜θ＜４０°の関係を満足している場合、波長λ（ｎｍ）の光に対する位相差板１２０の面内リタデーションＲｅ（λ）は、例えば、９８ｎｍ≦Ｒｅ（４５０）≦１５８ｎｍ、１４０ｎｍ≦Ｒｅ（５５０）≦１７５ｎｍおよび１４１ｎｍ≦Ｒｅ（６５０）≦２１０ｎｍの関係を満足することが好ましい。
【００５２】
なお、位相差板１２０は、一軸光学異方性を有するものに限定されない。位相差板１２０は、少なくとも面内方向にリタデーションを有していればよく、法線方向にリタデーションを有していてもよい。法線方向のリタデーションは、視野角特性などに影響を与えるが、ここでは特に考慮する必要はない。したがって、位相差板１２０は、二軸光学異方性を有するものであってもよい。
【００５３】
上述したように、反射型液晶表示装置１００では、位相差板１２０の遅相軸を、偏光板１３０の透過軸に４５°をなす方向に対して傾斜させることによって、波長ごとの回転角のずれを透過率のばらつきに反映させにくくしている。位相差板１２０の面内リタデーションＲｅが、波長ごとの回転角のずれが小さいような波長依存性を有していれば、より効果的に着色を抑制できる。より具体的には、波長λ（ｎｍ）の光に対する位相差板１２０の面内リタデーションＲｅ（λ）が、４００ｎｍ≦λ≦７００ｎｍの範囲でＲｅ（λ）／λがほぼ一定であるような波長依存性を有することが好ましく、位相差板１２０の面内リタデーションＲｅ（λ）が、４００ｎｍ≦λ≦７００ｎｍの範囲でλの増加とともに単調増加することが好ましい。また、位相差板１２０の面内リタデーションＲｅ（λ）が、０．７＜Ｒｅ（４５０）／Ｒｅ（５５０）＜０．９および１．０１＜Ｒｅ（６５０）／Ｒｅ（５５０）＜１．２の関係を満足することが好ましい。
【００５４】
位相差板１２０は、位相差板の製造方法として公知の手法を用いて製造することができる。なお、反射型液晶表示装置１００では、位相差板１２０の遅相軸が、偏光板１３０の透過軸と４５°をなす方向に対して傾斜しているので、典型的には、位相差板１２０の遅相軸は、液晶層１０８の平均配向方向に対して傾斜している。液晶層１０８の平均配向方向は、液晶層１０８の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で規定される方向であり、液晶層１０８の上面近傍（透明電極１０５近傍）の液晶分子の配向方向と、液晶層１０８の下面近傍（反射電極１０３近傍）の液晶分子の配向方向との中間の方位である。そのため、液晶層１０８の残留リタデーションΔｎ1・ｄと位相差板１２０の面内リタデーションＲｅとを合計したリタデーションは、これらの単純な算術和（または差）では表されないが、位相差板１２０の遅相軸の配置を決定すれば、必要な面内リタデーションの値は遅相軸の配置に応じて計算により求めることができる。
【００５５】
次に、反射型液晶表示装置１００のより具体的な構成例とその表示特性を説明する。
【００５６】
ここでは、波長５５０ｎｍの光に対する位相差板１２０の面内リタデーションＲｅ（５５０）を１５５ｎｍとし、図１０に示すように、位相差板１２０の遅相軸と偏光板１３０の吸収軸とがなす角を３３°、位相差板１２０の遅相軸と液晶層１０８の平均配向方向とがなす角を５７°とし、液晶層１０８として厚さ５μｍのホモジニアス配向型の液晶層を用いる。このとき、黒表示時の液晶層１０８のリタデーションΔｎ1・ｄは約２８ｎｍ、白表示時の液晶層１０８のリタデーションΔｎ2・ｄは約１６４ｎｍである。
【００５７】
図１１、図１２および図１３に、この構成例における偏光状態の変化の様子を示す。図１１は黒表示状態、図１２は中間調表示状態、図１３は白表示状態の様子を示している。また、比較例として、図２２（ｂ）に示したように位相差板の遅相軸と液晶層の平均配向方向とを平行とした場合の偏光状態の変化の様子を図１４、図１５および図１６に示し、図２２（ａ）に示したように位相差板の遅相軸と液晶層の平均配向方向とを直交させた場合の偏光状態の変化の様子を図１７、図１８および図１９に示す。図１４および図１７は黒表示状態、図１５および図１８は中間調表示状態、図１６および図１９は白表示状態の様子を示している。
【００５８】
これらの図同士の比較からわかるように、本発明による反射型液晶表示装置１００では、従来の構成に比べ、黒表示状態および中間調表示状態での透過率のばらつき（γで示す光のｙ軸方向のばらつき）が小さく、着色が抑制されている。特に、中間調表示状態において、透過率のばらつきを小さくする効果が高く、着色が効果的に抑制されていることがわかる。
【００５９】
着色の度合いを示す指標として、Ｄ６５光源（太陽光とほぼ同じ色温度の標準光源）の光とのＬ*ａ*ｂ*表色系における色差ΔＥ*ａｂが挙げられる。図１０に示す構成を有する反射型液晶表示装置１００から出射する光と、図１７〜１９に偏光状態の変化を示した従来の構成の液晶表示装置から出射する光とについて、Ｄ６５光源の光との色差ΔＥ*ａｂをシミュレーションによって求めた結果を図２０に示す。図２０からわかるように、本実施形態における反射型液晶表示装置１００では、色差ΔＥ*ａｂが全ての階調において５以下であり、特に中間調表示状態において着色を抑制する効果が高い。
【００６０】
なお、本発明によると、黒表示および中間調表示での着色が抑制されるものの、液晶表示装置の仕様によっては、白表示が若干黄色味がかることがある。そのような場合には、偏光板として、青色の波長域の光を多めに透過させるような偏光板を用いることによって、色調を全体的に青色側にシフトさせることができ、白表示を黄色味がかることを抑制できる。また、このような偏光板を用いることで、中間調の色調（若干紫色を帯びることがある）も青色側にシフトさせることができるので、赤味が目立たなくなり、人間の目に対してより自然な色調とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によると、低コストで製造でき、黒表示および中間調表示の着色が十分に抑制された液晶表示装置が提供される。
【００６２】
本発明は、表示の最小単位に対応する画素領域ごとに反射モードで表示を行う反射領域を有する液晶表示装置に広く用いられる。例えば、透過反射両用型液晶表示装置や半透過膜（ハーフミラー）を用いた半透過型液晶表示装置に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による反射型液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明による反射型液晶表示装置に用いられる位相差板と偏光板との配置関係を模式的に示す図である。
【図３】白表示時の液晶層のリタデーションの波長分散特性（波長依存性）を示すグラフである。
【図４】位相差板のリタデーションの波長分散特性（波長依存性）を示すグラフである。
【図５】ポアンカレ球を説明するための図である。
【図６】従来の構成における位相差板の作用を説明するための図である。
【図７】偏光板の透過軸の方位に対応した、ポアンカレ球上の点からの距離（ずれ）と、透過率との関係を示す図である。
【図８】従来の構成における偏光状態の変化を示す図である。
【図９】本発明による反射型液晶表示装置における偏光状態の変化を示す図である。
【図１０】本発明による反射型液晶表示装置における位相差板の遅相軸、偏光板の吸収軸および液晶層の平均配向方向の配置関係の例を示す図である。
【図１１】図１０に示す配置における黒表示時の偏光状態の変化を示す図である。
【図１２】図１０に示す配置における中間調表示時の偏光状態の変化を示す図である。
【図１３】図１０に示す配置における白表示時の偏光状態の変化を示す図である。
【図１４】位相差板の遅相軸と液晶層の平均配向方向とを平行とした比較例における黒表示時の偏光状態の変化を示す図である。
【図１５】位相差板の遅相軸と液晶層の平均配向方向とを平行とした比較例における中間調表示時の偏光状態の変化を示す図である。
【図１６】位相差板の遅相軸と液晶層の平均配向方向とを平行とした比較例における白表示時の偏光状態の変化を示す図である。
【図１７】位相差板の遅相軸と液晶層の平均配向方向とを直交させた比較例における黒表示時の偏光状態の変化を示す図である。
【図１８】位相差板の遅相軸と液晶層の平均配向方向とを直交させた比較例における中間調表示時の偏光状態の変化を示す図である。
【図１９】位相差板の遅相軸と液晶層の平均配向方向とを直交させた比較例における白表示時の偏光状態の変化を示す図である。
【図２０】本発明による反射型液晶表示装置から出射する光とＤ６５光源とのＬ*ａ*ｂ*表色系における色差ΔＥ*ａｂを示すグラフである。
【図２１】従来の反射型液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２２】従来の反射型液晶表示装置における位相差板の遅相軸の配置を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００    反射型液晶表示装置
１０１、１０２    基板
１０３    反射電極（反射層）
１０５    透明電極
１０８    液晶層
１２０    位相差板
１３０    偏光板
【図１】
2005091897.tif 000003
【図２】
2005091897.tif 000004
【図３】
2005091897.tif 000005
【図４】
2005091897.tif 000006
【図５】
2005091897.tif 000007
【図６】
2005091897.tif 000008
【図７】
2005091897.tif 000009
【図８】
2005091897.tif 000010
【図９】
2005091897.tif 000011
【図１０】
2005091897.tif 000012
【図１１】
2005091897.tif 000013
【図１２】
2005091897.tif 000014
【図１３】
2005091897.tif 000015
【図１４】
2005091897.tif 000016
【図１５】
2005091897.tif 000017
【図１６】
2005091897.tif 000018
【図１７】
2005091897.tif 000019
【図１８】
2005091897.tif 000020
【図１９】
2005091897.tif 000021
【図２０】
2005091897.tif 000022
【図２１】
2005091897.tif 000023
【図２２】
2005091897.tif 000024