(57)【要約】【課題】  起動時の高電圧印加が不要で、従来の一般的な設計手法や製造プロセスを用いて十分に製作可能な、色相表現の視野角依存性が少ない反射型および半透過型の液晶装置を提供する。【解決手段】  透明な第１ガラス基板６３と第２ガラス基板６９との対向間隔にカイラルネマティック液晶の液晶層６６Ａを配置する。第２ガラス基板６９には微細な表面凹凸形状を形成したセルごとの反射電極６８が形成され、液晶層６６Ａの厚みは、所定の色相範囲に対応して上記材料に付与する最大リタデーションに基づいて設定されている。液晶層６６Ａの界面に配置される上下の配向膜６５、６７には、ＯＣＢモードに対応した配向処理がなされている。【選択図】      図１
2007065558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧によるリタデーションの制御範囲を少なくとも色相変化領域に設定した液晶層を備えた液晶装置において、
観察側から見た前記液晶層の後方に微細な表面凹凸形状が形成された反射面を配置し、
前記液晶層の液晶分子配向は、その厚み方向のほぼ中心を挟んで前記厚み方向に実質的に対称であるとともに、前記厚み方向にねじれ性を有することを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
観察側に配置された透明な前方基板と、
前記前方基板に対向させた後方基板と、
前記前方基板と前記後方基板との間に配置されて、電圧によるリタデーションの制御範囲が少なくとも色相変化領域に設定された液晶層と、を備えた液晶装置において、
微細な表面凹凸形状が形成された表示単位ごとの反射電極を前記後方基板に設け、
前記液晶層の液晶分子配向は、その厚み方向のほぼ中心を挟んで前記厚み方向に実質的に対称であるとともに、前記厚み方向にねじれ性を有することを特徴とする液晶装置。
【請求項３】
観察側に配置された透明な前方基板と、
前記前方基板に対向させた後方基板と、
前記前方基板と前記後方基板との間に配置されて、電圧によるリタデーションの制御範囲が少なくとも色相変化領域に設定された液晶層と、を備えた液晶装置において、
微細な表面凹凸形状を形成して前記後方基板に配置した表示単位ごとの反射電極と、
前記前方基板側に配置されて所定の偏光成分を透過させる偏光フィルタ部材と、
前記偏光フィルタ部材を出射して前記反射電極で折り返して前記偏光フィルタ部材に至る光路中に配置されて、少なくともほぼ１／４波長の位相差を形成する１／４波長部材と、を備え、
前記前方基板と前記液晶層との界面に配置された前方配向層の配向方向と、前記後方基板と前記液晶層との界面に配置された後方配向層の配向方向とをほぼ一致させ、
前記液晶層の材料は、前記液晶層の厚み方向の液晶分子配向にねじれ性を付与するカイラル材を添加されていることを特徴とする液晶装置。
【請求項４】
隣接する一対の前記表示単位にマゼンタ色と緑色のカラーフィルタがそれぞれ配置され、
前記緑色のカラーフィルタを配置した前記液晶層を無彩色のリタデーション範囲で作動させ、前記マゼンタ色のカラーフィルタを配置した前記液晶層を少なくとも有彩色のリタデーション範囲で作動させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の液晶装置。
【請求項５】
前記後方基板を透明材料で形成して、前記反射面を配置した前記表示単位と前記反射面を配置しない前記表示単位とを混在させ、
前記反射面を配置しない前記表示単位を照明する光源手段を前記後方基板に隣接させて設けたことを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項記載の液晶装置。
【請求項６】
前記液晶装置に用いる液晶表示モードが、カイラルネマティック液晶を用いたＯＣＢモードであることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の液晶装置。
【請求項７】
前記液晶装置に用いる液晶表示モードが、カイラルネマティック液晶を用いたＯＣＳモードであることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の液晶装置。
【請求項８】
微細な表面凹凸形状を有する反射面と、前記反射面で折り返した入射光が通過する液晶層と、を備えた反射型液晶装置の製造方法において、
前記液晶層の液晶材料にカイラル材を添加して、前記液晶層の液晶分子配向に安定したベンド配向状態を設定することを特徴とする液晶装置の製造方法。
【請求項９】
微細な表面凹凸形状を有する反射面と、前記反射面で折り返した入射光が通過する液晶層と、を備えた反射型液晶装置の駆動方法において、
画像表示の開始に先立たせて、前記画像表示に用いる最大電圧よりも高い電圧の交流電圧を印加して、前記液晶層の液晶分子配向をベンド配向状態に偏移させることを特徴とする反射型液晶装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶層を色相が変化するリタデーション範囲で作動させてカラー表示を行う液晶装置、詳しくは、拡散性の後方反射面を備えた際の色相表示を安定化させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光板で挟んだ透明な液晶層に電界や圧力を及ぼすと、波長ごとの偏光角の違いに起因して偏光板を透過する波長成分が変化して出射光の着色現象が起こる。このような液晶層の着色現象を電圧制御して液晶画素のカラー表示を行うことができる。
【０００３】
本願出願人は、特許文献１において、緑のカラーフィルタを形成した表示単位（液晶セル）と、マゼンタのカラーフィルタを形成した表示単位（液晶セル）とを用いて、１つの画素（ピクセル）の視認上フルカラー相当の表示を可能にした液晶装置を提案した。ここでは、緑のカラーフィルタを形成した表示単位では、液晶層を無彩色のリタデーション範囲で作動させる一方、マゼンタのカラーフィルタを形成した表示単位では、液晶層を無彩色のリタデーション範囲で作動させるとともに、赤〜青のリタデーション範囲で作動させる。
【０００４】
特許文献２には、観察側から見た液晶層の後方に配置される後方基板に、表示単位ごとの反射電極を形成した反射型のカラー液晶装置が示される。ここでは、反射電極に拡散性を付与する微小な表面凹凸形状が形成され、１／４波長の位相差を形成する１／４波長部材が後方基板上に形成されている。
【０００５】
特許文献３には、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ）モードの液晶層を用いた液晶装置が示される。ＯＣＢモードとは、誘電率異方性が正の液晶材料を用いて、液晶層における液晶分子配向を、電圧印加により、ベンド配向と略垂直配向との間で変化させる表示モードである。
【０００６】
非特許文献１には、ＯＣＢモードを変形させた液晶表示モードである、ＯＣＳ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｓｐｌａｙ）モードの液晶層を用いた液晶装置が示される。ＯＣＳモードとは、誘電率異方性が負の液晶材料を用いて、液晶層における分子の液晶分子配向を、電圧印加により、スプレイ配向と略平行配向との間で変化させる表示モードである。
【０００７】
非特許文献２には、観察側の前方基板上に透過拡散シートを配置して後方基板に平坦な反射面を設ける前方拡散方式の反射型液晶装置と、後方基板側に配置した反射面それ自体に微小な表面凹凸形状を形成して拡散性を付与する後方拡散方式の反射型液晶装置とが示され、相互の利点と欠点とが比較されている。
【０００８】
非特許文献３には、液晶材料にカイラル材をドープすることによって液晶層の液晶分子配向に厚み方向のねじれ性を付与して、ＯＣＢモードを安定化することが記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２５８６１６号公報
【特許文献２】特開平１０−１８６４１４号公報
【特許文献３】特開平７−８４２５４号公報
【非特許文献１】ＳＩＤ‘０４予稿  Ｐ６２７，Ｓ．Ｊ．Ｋｉｍ  ｅｔ  ａｌ
【非特許文献２】Ｔ．  Ｕｃｈｉｄａ，  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２００２，  ｐ．１１，
【非特許文献３】Ｓ．Ｈ．Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．  ：  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，  Ｖｏｌ．４０，  ｎｏ．  ４Ｂ，  ｐｐ．Ｌ３８９，  ２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１には、観察側から見て後方に位置する後方基板に反射電極を配置した反射型の液晶装置、および反射電極を配置した画素と透明電極を配置した画素とを混在させた半透過型の液晶装置が示される。
【００１１】
しかし、反射型や半透過型の液晶装置における明るさの視野角特性を改善すべく、反射電極に微細な凹凸形状を形成して拡散反射電極とし、液晶表示モードとして例えばＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードを適用すると、赤〜青に色相変化する表示単位の色相が観察角度や照明角度によってかなり変化してしまい、緑の階調表示を行う表示単位の色相と合わせた画素の正確な色彩表現が損なわれることが判明した。
【００１２】
そして、色相変化する表示単位の観察角度や照明角度による色相変化は、液晶の種類や表示モードによって少しずつ異なり、表示モードをＯＣＢモードとすることにより、劇的に改善できることが判明した。
【００１３】
詳しくは後述するが、ＯＣＢモードは、液晶層の液晶分子配向が厚み方向の中心面を境にして厚み方向に対称であるため、片道の光路の前半と後半とで光路の傾き角に起因する複屈折量の変化量が相殺されるからである。
【００１４】
しかし、一般的な液晶材料をＯＣＢモードで作動させるためには、液晶装置の起動直後に、液晶分子配向をスプレイ配向からベンド配向へと転移させるための１０数Ｖレベルの高電圧印加が必要となる。高電圧印加を行うとなれば、画素ごとに配置されるスイッチング素子、反射電極の絶縁構造等への負担が大きくなる。また、数Ｖレベルの表示制御用とは別に起動用だけの高電圧電源を設けることはコスト高となるし、電力消費の削減、液晶装置を搭載する装置の小型化の面でも不利である。
【００１５】
本発明は、起動時の高電圧印加が不要で、従来の一般的な設計手法や製造プロセスを用いて十分に製作可能な、色相表現の視野角依存性が少ない反射型および半透過型の液晶装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の液晶装置は、電圧によるリタデーションの制御範囲を少なくとも色相変化領域に設定した液晶層を備えた液晶装置において、観察側から見た前記液晶層の後方に微細な表面凹凸形状が形成された反射面を配置し、前記液晶層の液晶分子配向が、その厚み方向のほぼ中心を挟んで前記厚み方向に実質的に対称であるとともに、前記厚み方向にねじれ性を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液晶装置では、液晶層の液晶分子配向が、その厚み方向のほぼ中心を挟んで厚み方向に対称であるので、入射光路と出射光路の片道ずつで観察角度や照明角度によるリタデーションの変化が相殺される。従って、散乱反射面によって入射角と反射角が異なっても、液晶層全体としてのリタデーションはあまり変化しない。
【００１８】
そして、液晶層の液晶分子配向が、厚み方向にねじれ性を有するので、厚み方向に対称な液晶層の液晶分子配向を容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態である反射型の液晶装置１００、５００、６００について、図面を参照して詳細に説明する。液晶装置１００は、観察側から見た後方側の後方基板６９上に表示単位ごとの反射電極６８を形成しているが、透明電極を形成した透明な後方基板６９の背後に拡散性を付与した反射面を配置する構成で実施してもよい。
【００２０】
また、液晶装置１００は、表示単位ごとに形成した無数のスイッチング素子を、立体交差させて格子状に配列した多数のデータ線（ソースライン）と多数のトリガー線（ゲートライン）とにより、能動駆動制御するアクティブマトリクス型であるが、本発明は、アクティブマトリクス型以外の表示単位駆動方式を採用してもよい。
【００２１】
また、液晶装置１００は、無数の画素を格子状に配列した画像表示装置であるが、図１では、１つの表示単位部分で代表して図示し、以下の説明では、１つの表示単位部分を専ら説明する。
【００２２】
また、特許文献１、２、３に示される液晶装置の一般的な構造や一般的な製造方法、例えば、液晶層の界面に配置される配向膜とその配向処理、封止構造、画素領域、配線形態、スイッチング素子の構造、ドライバを含む画像表示回路、駆動信号処理、成膜プロセス、パターン形成プロセス等については、本発明の趣旨と隔たりがあるので、煩雑を避けるべく、一部図示を省略して詳細な説明も省略する。
【００２３】
また、図１等における液晶層の模様は理解と比較を容易にするための便宜的なものに過ぎず、例えば、液晶層の液晶分子配向におけるねじれ回数は図示のように厚み方向に１回という訳ではないし、液晶層界面での液晶分子配向が平行に限定される訳でもない。
【００２４】
また、本実施形態の液晶装置１００は、１／４波長板６２を配置して電圧無印加時にブラック表示を行う構成を採用しているが、リタデーションに応じて色相を変化させる限りにおいて、１／４波長板６２無しや、別の波長板への置き換えによって、電圧無印加時に他の表示を行わせてもよい。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の液晶装置における素子構成の説明図、図２は第１実施形態の液晶装置における視野角特性の線図である。第１実施形態の液晶装置１００は、画素ごとに色相制御が可能な、対角１０インチ、画素数１０２４×７６８、カラーフィルタなしのアクティブマトリクス液晶表示パネルである。
【００２６】
図１に示すように、第１実施形態の液晶装置１００は、前方基板である第１ガラス基板６３から入射した照明光（外光）を、後方基板である第２ガラス基板６９に形成された反射電極６８で折り返して第１ガラス基板６３から射出させる。
【００２７】
液晶装置１００は、観察者側の第１の基板である第１ガラス基板６３と、観察側から見た後方側の第２ガラス基板６９との間に液晶層６６を配置している。第１ガラス基板６３には、液晶装置１００のすべての表示単位（液晶セル）に共通な透明電極６４が形成され、第２ガラス基板６９には、表示単位ごとに分割されて、反射面を兼ねた反射電極６８が形成されている。液晶装置１００は、反射電極６８に、表示単位ごとの電圧を印加して液晶層６６のリタデーション（複屈折量）を制御する。
【００２８】
第１ガラス基板６３上には、特定範囲の偏光成分を透過させる偏光板６１と、入射光の偏光面を往復で９０度回転させる１／４波長板６２と、ＯＣＢモードに特有な位相補償を行う光学フィルム６２とが配置される。
【００２９】
第２ガラス基板６９上に形成された不図示のスイッチング素子および層間絶縁層の上に、微細な表面凹凸形状を形成して拡散性を付与した反射電極６８が配置されている。
【００３０】
反射電極６８は、表示単位ごとのスイッチング素子に接続されており、特許文献２に示されるように、感光性樹脂を用いて形成した微細な表面凹凸形状を有する支持層上にアルミニウム薄膜を堆積して輪郭をパターンニングしてある。
【００３１】
反射電極６８の上には、表面凹凸形状を平坦化する平坦化層７０が形成され、平坦化層７０上に配向膜６７が形成されている。一方、第１ガラス基板６３の透明電極６４の表面には配向膜６５が形成されている。
【００３２】
液晶層６６の界面に配置された上下の配向膜６５、６７は、界面の液晶分子の配向状態を制御するもので、プレチルト角が約２０度、プレチルトの方向は平行になるように配向処理してある。
【００３３】
液晶層６６の液晶材料は、誘電率異方性Δεが正である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−２０５０）に、カイラル材（メルク社製、型名Ｓ−８１１）を添加したカイラルネマティック液晶材料を用いる。このときのらせんピッチは約２０ミクロンとする。これにより、電圧無印加状態においてツイスト配向を形成させることができる。第１ガラス基板６３の厚さは１．１ｍｍ、液晶層６６の厚さ（セル厚）は１２ミクロンである。
【００３４】
第１ガラス基板６３の上には、液晶分子の配向容易軸に対して直交する方向に２２５ｎｍのリタデーションを有する一軸性の光学フィルム７２を貼り付けている。
【００３５】
光学フィルム７２の上には、広帯域λ／４板（可視光領域で１／４波長条件をほぼ満たすことができる位相補償板）６２と、直線偏光板である偏光板６１とを配置して、広帯域の円偏光板を構成している。これにより、反射型での表示の際に液晶層のリタデーションが一軸性の光学フィルム７２のリタデーション値と一致する２２５ｎｍになるように電圧を印加したときに光学フィルムと液晶層とのリタデーションの総和がゼロとなるために暗状態となり、それ以外のリタデーション値になるように電圧を印加した時には明状態もしくは着色状態となるように表示状態を制御することができる。
【００３６】
こうした構成を用いることによって、１．４Ｖ印加時には青、２．１Ｖの印加時には黄色、２．６Ｖの印加時には白色、３．８Ｖの印加時には黒色の表示がなされることが確認された。
【００３７】
なお、特許文献１に示されるように、同じ液晶素子構成で、マゼンタ色、すなわち緑色領域の波長の光を通さない色のカラーフィルタを重ねることによって、２．１Ｖ印加時に赤色表示を行うことが可能となる。
【００３８】
このように構成された液晶装置１００を用いてカラー表示を行わせた状態で、観察角度を変化させて色相表示の視野角依存性を測定した。照明光の入射面を液晶分子の傾斜面内として、第１ガラス基板６３の法線から３０度傾いた位置から照明した状態で、液晶装置１００からの射出光を検知器で検出した。検知器の角度を第１ガラス基板６３の法線に対して−２０°から＋１５°まで、つまり、入射（照明）光の方向から法線方向を経て正反射方向に至るまでの範囲で測定した。
【００３９】
この結果を図２に示す。図２の各測定点は、検知器の角度が−２０°、−１５°、−１０°、−５°、０°、＋５°、＋１０°、＋１５°の各点を表している。図２からわかるように、角度を変化させても、大きく色座標（色相）が変化することはなかった。
【００４０】
第１実施形態の液晶装置１００では、アクティブマトリックス駆動により画像表示させてみたところ、視野角特性の良好な、小さなフォントでも文字のにじみがない、鮮明な表示を得ることができた。
【００４１】
第１実施形態の液晶装置１００は、後述する比較例３の液晶装置４００と同様に、拡散反射板である反射電極６８による色相の視野角特性の劣化を抑制できる。また、入射光路と出射光路とで液晶分子配向のねじれによる複屈折量の変化量が相殺されるので、カイラルネマティック液晶をＯＣＢモードで作動させた際に特有な視野角特性の非対称性も観測されない。
【００４２】
また、比較例３の液晶装置４００のように、スプレイ配向をベンド配向に偏移させるための特別な電圧印加が必要ないので、特別な電圧印加を前提としたスイッチング素子や配線、絶縁構造の設計が不要である。従って、従来の設計手法と製造プロセスをそのまま用いてアクティブマトリクスパネルを製造できる。
【００４３】
＜比較例１＞
図３は比較例１の液晶装置における素子構成の説明図、図４は比較例１の液晶装置における視野角特性の線図である。比較例１の液晶装置２００は、反射電極１６８に表面凹凸形状を形成する代りに、観察側に前方拡散板７３を配置している。また、液晶層６６Ｂの表示モードがＯＣＢモードではなく、ＶＡモードである。それ以外は、概略、図１に示す第１実施形態の液晶装置１００と同様に構成されているので、図３中、図１と共通する構成部材には共通の符合を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
図３に示すように、比較例１の液晶装置２００は、上下の配向膜１６５、１６７に、液晶分子を１度のプレチルト角で起立状態に配向させる垂直配向処理を施してある。配向膜１６４、１６７を形成した１．１ｍｍの第１ガラス基板６３を、第２ガラス基板６９に６μｍの間隔で重ね合わせセル化し、液晶層６６Ｂの液晶材料として誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−６６０８）を注入してある。なお、液晶層６６Ｂの厚みが６μｍなのは、第１実施形態と液晶材料が違うため、必要な色相範囲に対応するリタデーション値が異なるからである。
【００４５】
上記の配向処理により、第１ガラス基板６３と第２ガラス基板６９との間で、液晶分子は、基板法線方向から１度傾いたプレチルト角を有しており、第１ガラス基板６３と第２ガラス基板６９とでのプレチルトは反平行の関係となっている。これにより、図９に示すような、厚み方向に非対称なＶＡ配向が得られる。
【００４６】
ガラス基板６９には、アルミ蒸着膜の反射電極１６８が形成されているが、その電極面は平坦な鏡面に仕上げられている。そして、平坦な鏡面では実現できない拡散性を付与するために、第１ガラス基板６３の上に、ヘイズ値が８０％の拡散板７３を前方散乱板として配置している。
【００４７】
広帯域λ／４板６２と直線偏光板である偏光板６１については上述したとおりで、広帯域の円偏光板を構成する。これにより、第１実施形態の液晶装置１００と同様に、反射型での表示の際に、電圧無印加時に液晶層のリタデーション値がゼロであるために暗状態となり、電圧印加時には明状態となるようなノーマリブラック構成が実現されている。
【００４８】
こうした構成を用いることによって、電圧無印加時には黒、２．７Ｖの印加時には白、３．３Ｖの印加時には黄色、４．２Ｖの印加時には青色の表示がなされることが確認できる。同じ液晶素子構成で、マゼンタ色、すなわち緑色領域の波長の光を通さない色のカラーフィルタを重ねると、３．３Ｖ印加時に赤色が表示される。
【００４９】
第１実施形態と同様にして測定したカラー表示の視野角依存性を図４に示す。外光の入射面を液晶分子の傾斜面内とし、基板法線から３０度傾いた位置から照明して、液晶装置２００からの射出光を検知器で検出する。検知器の角度を基板法線に対して−２０°から＋１５°、すなわち入射光の方向から法線方向を経て正反射方向に至るまでの範囲で測定した。
【００５０】
図４中の各測定点は、検知器角度が−２０°、−１５°、−１０°、−５°、０°、＋５°、＋１０°、＋１５°の各点を表している。図４からわかるように、検知角度を変化させても大きく色座標が変化することはなかった。
【００５１】
しかし、比較例１の液晶装置２００は、拡散板７３と液晶層６６Ｂとが遠く（画素サイズの数倍）離れているので、拡散板７３に起因する表示ボケ、隣接する表示単位との混色を生じてしまう。アクティブマトリクスパネルで小さなフォントにて文字の表示を行ってみると、拡散板７３に起因するとみられる文字のにじみが観測され、鮮明な表示が得られない。画素サイズをさらに小さくして高精細な表示を行う場合、表示ボケと混色は致命的となる。
【００５２】
＜比較例２＞
図５は比較例２の液晶装置における素子構成の説明図、図６は比較例２の液晶装置における視野角特性の線図である。比較例２の液晶装置３００は、液晶層６６Ｂの表示モードがＶＡモードである以外は、図１に示す第１実施形態の液晶装置１００と同様に構成されている。従って、図５中、図１と共通する構成部材には共通の符合を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
図５に示すように、比較例２の液晶装置３００は、表面凹凸形状を形成した反射電極６８を有する。液晶層６６Ｂは、比較例１の液晶装置２００と同じく、上下の配向膜１６５、１６７に、液晶分子を１度のプレチルト角で起立状態に配向させる垂直配向処理を施して、６μｍの間隔に、誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−６６０８）を注入してある。
【００５４】
第１ガラス基板６３と第２ガラス基板６９との間で、液晶分子は、基板法線方向から１度傾いたプレチルト角を有しており、図９に示すような、厚み方向に非対称なＶＡ配向を得ている。そして、比較例１と同様、電圧無印加時には黒、２．７Ｖの印加時には白、３．３Ｖの印加時には黄色、４．２Ｖの印加時には青色の表示がなされる。
【００５５】
第１実施形態と同様にして測定したカラー表示の視野角依存性を図６に示す。図６中の各測定点は、検知器角度が−２０°、−１５°、−１０°、−５°、０°、＋５°、＋１０°、＋１５°の各点を表している。図６からわかるように、観測角度を変化させると、大きく色座標が移動して、観察される色相も大きく変化する。言い換えれば、比較例２の液晶装置３００では、カラー表示時の視野角依存性が悪化して、画素の正確なカラー表示が行えない。この理由については後ほど詳細に考察する。
【００５６】
しかし、前方散乱板（拡散板７３：図３）に起因する表示ボケや隣接画素との混色は解消されており、マトリクス表示パネルを作動させて小さなフォントにて文字の表示を行ってみると、文字のにじみがない、鮮明な表示を得ることができた。
【００５７】
＜比較例３＞
図７は比較例３の液晶装置における素子構成の説明図である。比較例３の液晶装置４００は、液晶層６６Ｂの表示モードがＶＡモードである以外は、図１に示す第１実施形態の液晶装置１００と同様に構成されている。従って、図５中、図１と共通する構成部材には共通の符合を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
図７に示すように、液晶層６６Ｃの液晶材料は、第１実施形態と同じネマティック液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−２０５０）であるが、カイラル材（メルク社製、型名Ｓ−８１１）は添加されていない。従って、液晶分子配向に厚み方向のらせん性、ねじれ性が無く、いわゆるツイスト配向を形成していない。
【００５９】
従って、液晶層６６Ｃは、電圧無印加状態ではスプレイ配向を呈しているが、この素子に対して±１０Ｖの６０Ｈｚ交流電圧を１分間印加することによって、素子全体がベンド転移してＯＣＢモードの表示が可能となる。そして、一度ＯＣＢモードの液晶分子配列ができると、低い直流電圧（ベンド維持電圧）で保持できるので、ベンド維持電圧を下回らない電圧範囲において駆動を行うことによって連続的な表示が可能となる。
【００６０】
こうした構成を用いることによって、１．４Ｖ印加時には青、２．１Ｖの印加時には黄色、２．６Ｖの印加時には白色、３．８Ｖの印加時には黒色の表示がなされることが確認できた。なお、特許文献１に示されるように、この構成の素子に対して、マゼンタ色、すなわち緑色領域の波長の光を通さない色のカラーフィルタを重ねることによって、２．１Ｖ印加時に赤色表示を行うことが可能となる。
【００６１】
なお、比較例３の液晶装置４００は、電圧印加を解除して放置すると、ＯＣＢモードの液晶分子配向が元の安定なスプレイモードに戻ってしまうので、画像表示を再開する際には±１０Ｖの６０Ｈｚ交流電圧を１分間印加すればよい。
【００６２】
この構成を用いたカラー表示時の視野角依存性の測定結果は、図２に示した第１実施形態の液晶装置１００のものとほぼ同じであった。比較例３の液晶装置４００は、比較例２と同様に拡散反射板を用いているにもかかわらず、観測角度を変化させた際の表示単位の色相変化が抑制されて、視野角特性に優れた正確なカラー表示が可能である。
【００６３】
ところが、こうした構成を用いて、画素サイズを一段縮小した高精細アクティブマトリクス液晶表示パネルを製作しようとしたところ、ベンド転移に必要な電圧を供給するためには特別な絶縁構造、配線設計、電源回路等が必要となるため、実施することが困難である。
【００６４】
＜拡散反射面の影響＞
図８は第１実施形態と３つの比較例とを比較した実験結果の一覧表、図９はＶＡモードにおける液晶分子の挙動の説明図、図１０は鏡面反射面における入反射光路と液晶分子の傾きとの関係の説明図、図１１は拡散性反射面における入反射光路と液晶分子の傾きとの関係の説明図、図１２は厚み方向に対称な液晶分子配向における入反射光路と液晶分子の傾きとの関係の説明図である。図９中、（ａ）は電界をかけないとき、（ｂ）は電界をかけたときの配向の様子である。
【００６５】
図８に示すように、拡散性を付与した反射電極を備えた液晶装置では、液晶表示モードとして、液晶セルの厚み方向の中心、すなわち、上下の境界面から等距離の面に対して対称な配向状態をとるモードが好適に用いられる。厚み方向に対称な液晶分子配向では、電圧を印加しても、液晶層中心部すなわち対称面での液晶配向が変化しない。誘電異方性が正で液晶素子中心部では垂直に配向しているベンドモード、誘電異方性が負で液晶素子中心部では平行に配向しているスプレイモードはその典型例である。
【００６６】
これに対し、比較例１の液晶装置２００で使用したＶＡモードでは、図９の（ａ）に示すような電界無印加時の配向が、電界印加によって図９の（ｂ）に示すように変化するが、いずれにせよ厚み方向の中心面を境にして厚み方向に対称な配向とは言えない。電界印加時には、中心面の上下で配向が反対称、すなわち、ある分子を中心面に対して対称に移動し、さらにその場所で中心面に垂直な軸の周りに１８０°回転した関係になる。以下、ベンドモードを中心に、ＶＡモードと対比しながら説明を行う。
【００６７】
図１０に拡大して示すように、鏡面反射板とＶＡモードとを組み合わせた場合、反射板として鏡面が用いられているために、液晶層を通過する光が鏡面において正反射している。鏡面反射板では、入射角Θｉと反射角Θｏが同一の角度となっているので、液晶分子と光線とのなす角は入射時が（Θｐ−Θｉ）、反射時が（Θｐ＋Θｏ）となる。したがって、入射光と反射光が液晶分子となす角の平均的な値はこれらの平均であって、
｛（Θｐ−Θｉ）＋（Θｐ＋Θｏ）｝／２
＝（２Θｐ−Θｉ＋Θｏ）／２
＝Θｐ
となる。このように、鏡面反射板と上下対称な配向の組み合わせでは、入射角度によらずに、光線と液晶分子との平均的な角度は一定となる。
【００６８】
しかし、図１１に示すように、凹凸反射面の場合、液晶層を通過する光に関しては入射角Θｉと反射角Θｏは異なる角度となる。このとき、液晶分子と光線とのなす角は入射時が（Θｐ−Θｉ）、反射時が（Θｐ＋Θｏ）となり、入射光と反射光が液晶分子となす角の平均的な値はこれらの平均であって、
｛（Θｐ−Θｉ）＋（Θｐ＋Θｏ）｝／２
＝（２Θｐ−Θｉ＋Θｏ）／２
となる。つまり観測者の見る位置によって、液晶分子と光線とのなす角は変化することになる。これにより、観測位置によって複屈折量が変化してしまうために、複屈折を用いたカラー表示において色相が変化する原因となる。
【００６９】
一方、第１実施形態の液晶装置１００では、図１２に示すように、液晶モードとして厚み方向の中心面に対して上下で対称な配向構造をとっている。
【００７０】
簡単のため、上下それぞれの配向傾斜角度をΘｐおよび−Θｐという代表値で考えると、入射光が液晶分子となす角は（Θｐ＋Θｉ）と（Θｐ−Θｉ）の平均値、すなわち、
｛（Θｐ＋Θｉ）＋（Θｐ−Θｉ）｝／２
＝Θｐ
となる。同様に反射光が液晶分子となす角は（Θｐ＋Θｏ）と（Θｐ−Θｏ）の平均値、すなわち、
｛（Θｐ＋Θｏ）＋（Θｐ−Θｏ）｝／２
＝Θｐ
となる。入射光と反射光とが液晶分子となす角の平均的な値はこれらの平均であるので、拡散反射板を用いたとしてもその値はΘｐで一定となる。つまり、厚み方向に対称な配向の場合は、液晶分子と光路との傾きに起因する副屈折量のばらつきが入射光の往路でも、反射光の復路でも、それぞれ平均化されるため、光線が液晶分子を透過する角度の平均値は入射角によらない。光線が液晶分子を透過する角度の平均値は、その光路のリタデーションに対応するので、拡散反射構成においても、対称配向での視野角が反対称配向に比べて広いことが分かる。
【００７１】
しかし、通常のネマティック液晶をＯＣＢモードで使用するには、電圧無印加状態におけるスプレイ配向からベンド配向へと転移させるための高電圧処理が必要である。それに対して、液晶材料にカイラル材をドープして、電圧無印加状態においてツイスト配向とすることによって、ツイストからベンドへと連続的に変化するために高い電圧の処理が必要ないことが、非特許文献３などに開示されている。
【００７２】
非特許文献３によると、カイラル材をドープすることによって視野角特性の非対称性が発生するが、本発明では反射型として用いるために、その非対称性が反射面によって補償され、対称に近づくことになる。これによって、良好な表示を実現することが可能となる。言い換えれば、透過型の液晶装置では視野角特性の悪いカイラル性分子配向が反射型の液晶装置では、往復の光路で悪影響が相殺されて、視野角特性が悪くならない。
【００７３】
本発明のように、拡散反射板方式においてＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ）モードを用いることによって、視野角依存性の小さい反射型液晶表示素子を実現することが可能となる。またこのとき液晶材料にカイラリティーを付与し、電圧無印加状態においてツイスト配向とすることによって、ＯＣＢモード特有のスプレイ−ベンド転移処理を排し、閾値の無いツイスト−ベンド転移で済ませることが可能であるために、特殊な高電圧処理が不要となる。また本発明は反射型として用いるために、非特許文献２に記載のようなカイラルＯＣＢに固有の課題である視野角特性の非対称性を緩和させることが可能となる。また、ＯＣＢモードを用いるために、応答速度が速くなる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
図１３は第２実施形態の液晶装置における素子構成の説明図である。第２実施形態の液晶装置５００は、第１実施形態の液晶装置１００における隣接する２つの表示単位（サブピクセル）５Ｍ、５Ｇで画素を構成している。第２実施形態の液晶装置５００は、カラーフィルタ以外は第１実施形態の液晶装置１００と同様に構成されているので、図１３中、図１と共通する構成部材には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７５】
図１３に示すように、第２実施形態の液晶装置５００は、第２ガラス基板６９のアクティブマトリクスパネルに構成された１０２４×７６８の表示単位を用いて１０２４×３８４の画素のカラー表示を行う。表示単位５Ｇには、緑のカラーフィルタ層７０Ｇを形成し、表示単位５Ｍにはマゼンタのカラーフィルタ層７０Ｍを形成している。カラーフィルタ層７０Ｇ、７０Ｍは、特許文献２に示されるように、反射電極６８Ｇ、６８Ｍの表面凹凸の平坦化層を兼ねている。カラーフィルタ層７０Ｇ、７０Ｍは、カラーレジストを塗布した後に、輪郭をパターンニングして加熱硬化させる操作を繰り返して、緑色とマゼンタ色のカラーフィルタが１列ずつストライプ状に配列した平面形状に成形されている。
【００７６】
図１３に示すように、緑のカラーフィルタ層７０Ｇは、表示単位５Ｇの液晶層６６Ａを黒〜白のリタデーション範囲で作動させた際に、赤と青の波長範囲の光を遮断して表示単位５Ｇに緑の発色を行わせる。
【００７７】
マゼンタのカラーフィルタ層７０Ｍは、特許文献１に示されるように、緑の波長範囲の光を遮断して表示単位５Ｍが表示する赤と青の純度を向上させる。カラーフィルタ層７０Ｍの無い第１実施形態の状態では、表示単位５Ｍは黄色から空色の範囲での色相表示となるが、カラーフィルタ層７０Ｍを配置することによって、ほぼ純色に近い赤と青の範囲を色相表示可能となる。
【００７８】
その結果、マゼンタカラーフィルタの効果によって、実施例１よりもさらにカラー表示時の視野角特性が良好となる。また、このパネルを用いることによって、ＲＧＢの三の原色表示が可能となり、自然画を高品質に表示させることが可能である。
【００７９】
＜第３実施形態＞
図１４は第３実施形態の液晶装置６００における素子構成の説明図である。第３実施形態の液晶装置６００は、第２実施形態の液晶装置５００おける隣接する２つの画素（ピクセル）の一方の反射電極６８Ｇ、６８Ｍを透明電極６８ｍ、６８ｇに置き換えて、第２ガラス基板６９の背後からバックライト７５により透過照明する。第３実施形態の液晶装置５００は、透明電極６８ｍ、６８ｇおよびバックライト７５以外は、第２実施形態の液晶装置５００と同様に構成されているので、図１４中、図１、図２と共通する構成部材には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８０】
図１４に示すように、表示単位５Ｍ、５Ｇで構成される画素に隣接する画素の表示単位６Ｍ、６Ｇには、透明電極６８ｍ、６８ｇが配置され、第２ガラス基板６９の背後にはバックライト７５が組み立てられている。また、表示単位６Ｍ、６Ｇで透過型の表示を行うことに対応させて、液晶層６６Ａの厚み、すなわち第１ガラス基板６３と第２ガラス基板６９との間隔は２０μｍに増してある。
【００８１】
このような変更を加えつつ、第２実施形態の液晶装置５００のアクティブマトリクスパネルを用いて、半透過型のカラー液晶表示装置を作製した結果、あらゆる環境において良好な視認性を得られることが確認できた。また、特許文献１の明細書に記載の構成を参照して、透過型表示に対応する部分にＲＧＢそれぞれのカラーフィルタを設ける構成を採用する場合には、透過型部分での光変調として明度変調ができればフルカラー表示可能であるので、上述のようなセル厚の変更は不要であり、パネル全体で等しいセル厚（１２μｍ）に設定することが可能である。こうすることで、透過型領域では完全なフルカラー表示を実現し、反射型領域では光利用効率の高い視認上フルカラー相当の画像表示が可能となるので、あらゆる環境下において実用性の高い液晶装置を実現することができる。
【００８２】
以上述べたように、拡散反射板を用いた反射型表示素子においてＯＣＢモードを適用することによって良好な視野角特性を得ることが可能となる。
【００８３】
なお、本実施例中では、ＯＣＢモードを中心に述べたが、明細書中でも簡単に触れたように、基板中心において平行に配向しており、Δεが負の材料を用いるＯＣＳ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｓｐｌａｙ）モードを適用することも同様に可能である。
【００８４】
非特許文献１に示されるように、ＯＣＳ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｓｐｌａｙ）モードとは、ＯＣＢモードを変形させた液晶表示モードのことである。ＯＣＢモードに対するＯＣＳモードの相違点は、
１．ＯＣＢモードは誘電率異方性が正の液晶材料を用いるのに対して、ＯＣＳモードは誘電率異方性が負の液晶材料を用いる。
２．ＯＣＢモードがベンド配向と略垂直配向との間を変調するのに対して、ＯＣＳモードはスプレイ配向と略平行配向との間を変調する。
の２点が異なるが、セルの厚み方向に対称な液晶分子配向をとるために、両者は光学的に類似の性質を示す。
【００８５】
第２実施形態の液晶装置５００では、特許文献１に示されるような駆動方法によって視認上フルカラー相当（赤と青は２階調）のカラー表示を行ってもよいが、特許文献１に記載された変形例などに示されるように、サイズを異ならせた副画素を隣接配置することなどによって、アナログフルカラー表示を実現することも可能である。
【００８６】
＜ハイブリッドカラー液晶装置＞
現在、フラットパネルディスプレイは、パソコン用などの各種モニタ、携帯電話用表示素子などに広く普及しており、今後は大画面テレビ用途への展開を図るなど、ますます普及の一途をたどることが予測されている。中でも最も広く普及しているのが液晶ディスプレイであり、このような液晶ディスプレイにおいてカラー表示方式として広く使用されているのが、マイクロカラーフィルタ方式と呼ばれるカラー表示方式である。
【００８７】
ここで、このマイクロカラーフィルタ方式は、ひとつの画素を少なくとも３つの副画素に分割し、それぞれの副画素に３原色の赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のカラーフィルタを形成することによってフルカラー表示を行うものであり、高い色再現性能を容易に実現することができるというメリットがある。
【００８８】
しかし、このマイクロカラーフィルタ方式は、透過率が１／３（遮光率が２／３）になってしまうことから、光利用効率が悪くなってしまうという欠点がある。そして、このような光利用効率の悪さは、バックライトを有する透過型液晶表示装置や、フロントライトを有する反射型液晶表示装置において、補助光源であるバックライトやフロントライトの消費電力が高くなってしまう原因となっている。また、こうした補助光源を使用しない反射型液晶表示装置では、光利用効率の悪さが致命的となっており、現在ではほとんど用いられていない。
【００８９】
一方、電界制御複屈折効果によるカラー表示モード（以下、ＥＣＢカラーモードと称する）が主として１９７０年代を中心に広く検討された。この表示を用いれば干渉色によるカラー表示ができるので、カラーフィルタを形成することなく明るいカラー表示を行うことが可能である。
【００９０】
しかしながら、ＥＣＢカラーモードでは純度の高い赤色表示ができなかったり、視野角特性が極めて悪かったりといった欠点が多く存在する。このため、１９８０年代以降はマイクロカラーフィルタ方式にとって替わられ、現在ではＥＣＢカラーモードの液晶表示素子はほとんど利用されていないのが現状である。
【００９１】
ところで、このようなカラーフィルタ方式及びＥＣＢカラー方式のそれぞれ異なる課題を解決するための新しい表示原理が特許文献１に提案されている。この方式によると、ＥＣＢカラー方式とカラーフィルタ方式とを組み合わせることによって、従来のＲＧＢカラーフィルタ方式と比較して光利用効率が高くなるため、明るい表示装置が実現可能である。
【００９２】
以下、この複屈折による着色現象とカラーフィルタとを組み合わせたハイブリッド型のカラー表示方式のことをハイブリッドカラー液晶モードと称して、そのカラー表示の原理を説明する。このカラー表示方式は、特許文献１に記載のように、様々な応用例、変形例があげられるが、ここでは基本形態について説明する。
【００９３】
図１５はハイブリッドカラー表示方式の液晶表示素子の画素構成の説明図、図１６はマゼンタカラーフィルタがある場合の色相表示の線図、図１７はマゼンタカラーフィルタが無い場合の色相表示の線図である。
【００９４】
この液晶表示素子においては、図１５に示すように、１つの画素１０を２つの副画素１１、１２に分割し、そのうちの１つの副画素１２には緑色のカラーフィルタＧを重ねると共に、残る副画素１１にはマゼンタ色のカラーフィルタＭを重ねている。副画素１２では、リタデーションを調節して、黒から明るい緑色までを連続的に明度を変調できる。残る副画素１１では、リタデーションを調節して、黒から明るいマゼンタ色に至る明度変化と、マゼンタから赤を経て、さらに再びマゼンタを経て青に至る色相変化領域を用いて、その中のいずれかの色を表示させる。なお、ここではマゼンタ色と表現しているが、緑色と補色の関係にある表示色であればよいため、紫、青紫色などの慣用色名で表現される色のカラーフィルタを用いてもよい。
【００９５】
即ち、電圧印加によって液晶層のリタデーションを変化させて有彩色の色調を変調する第１の副画素１１と、カラーフィルタを有し、電圧によって明度変化範囲でリタデーションを変化させてカラーフィルタの色（緑）を表示する第２の副画素１２とで１つの画素を構成する。なお、この構成は、光の三原色のうち、視感度の高い緑色を表示させる副画素１２には、ＥＣＢによる着色を利用しないで緑色のカラーフィルタＧを用い、赤と青だけにＥＣＢによる着色現象を利用することが特徴である。
【００９６】
例えば、緑（Ｇ）のカラーフィルタのある副画素（以下、Ｇ副画素という）１２を暗状態とし、マゼンタ（Ｍ）カラーフィルタのある副画素（以下、Ｍ副画素という）１１をマゼンタ色（明度変化領域の最大輝度状態）にすることにより、画素全体として白を表示することが出来る。あるいは、Ｇ副画素１２を最大透過状態にし、透明副画素１１を有彩色領域のマゼンタ色にしてもよい。マゼンタ色は赤（Ｒ）と青（Ｂ）の両方の色を含むので、合成の結果、白表示が得られる。
【００９７】
また、Ｇ単色にするには、Ｇ副画素１２を最大透過状態にし、Ｍ副画素１１を暗状態にする。Ｒ単色（Ｂ単色）にするには、Ｇ副画素１２を暗状態にし、Ｍ副画素１１のリタデーション値を赤（青）表示となるように適宜調整すればよい。例えば、偏光軸を直交させた一対の偏光板に挟んだ液晶層を透過型として観測する場合には、リタデーション値を４５０ｎｍ（６００ｎｍ）にすればよい。これらを組み合わせることでＲとＧ、ＢとＧの混色も得られる。
【００９８】
Ｇ副画素１２と透明副画素１１をともにリタデーションを０にして暗状態とすれば黒表示が得られことはいうまでもない。なお、第１実施形態で説明したような、円偏光板を使用した一枚偏光板型反射型液晶表示素子の場合には、リタデーション値はここに記載する値の半分である。
【００９９】
この構成では、Ｇ副画素１２はリタデーションを０から２５０ｎｍの範囲で変化させ、透明副画素１１はリタデーションを０から２５０ｎｍの範囲と４５０ｎｍから６００ｎｍの範囲で変化させる。通常、液晶材料は両副画素で共通にするので、駆動電圧範囲を異なるように設定する。
【０１００】
そして、この構成では、カラーフィルタを緑色に選んだ結果、緑をリタデーションの調節で作ることが回避される。ここで、リタデーションによって得られる緑色は１３００ｎｍ程度であって、極めて大きな値であるので製造上および特性上の不利を招くのであるが、緑カラーフィルタを用いる本方式を用いることによってこうした大きなリタデーション値を用いる必要がなくなる。また、緑色は視感度が高いので、カラーフィルタによって純度の高い色を作ることにより、画質が向上する。
【０１０１】
また、このように構成することにより、通常用いられる液晶表示素子と比較してセル厚を極端に厚くする必要がなくなる。例えば、透過型の場合、赤はリタデーションが４５０ｎｍであって、青はリタデーションが６００ｎｍである。したがって、６００ｎｍのリタデーションを実現するためのセル厚に設定すればよいことになる。
【０１０２】
従来のＲＧＢカラーフィルタを用いる液晶表示素子の場合、白黒表示に必要なリタデーションは２５０ｎｍ程度であるので、この方式に必要なセル厚は従来の約２倍強に設定すればよいことになる。
【０１０３】
応答速度はセル厚の二乗に比例するとされているが、最近の駆動技術の進展によって数ミリ秒の応答速度が実現されつつあるために、本方式で応答が約４倍の時間がかかったとしても、若干のボケは存在するものの動画表示は可能となる。またこれを反射型液晶表示素子に適用した場合には、セル厚が半分となるため応答速度はこの１／４となり、動画表示にもほぼ問題ないレベルにすることができる。また緑の色再現範囲はカラーフィルタによって決まり、かつ視感度が高いために、白色成分の透過率を犠牲にすることなく高い色再現性を実現することが可能となる。反射型の場合、従来のＲＧＢカラーフィルタ方式において白黒表示に必要なリタデーション量と大きな差がないので、液晶セル作製プロセスを大きく変更する必要がない。
【０１０４】
また、リタデーション変化で着色する方の第１の副画素にマゼンタなどの緑色と補色の関係にあるカラーフィルタを配設しているので、赤色および青色の色再現範囲を大幅に広げることが可能となっている。
【０１０５】
図１６は、ハイブリッドカラー液晶モードの副画素１１に、波長４８０ｎｍ〜５８０ｎｍまでの透過率がゼロで、それ以外の波長の透過率が１００％となるような理想的なマゼンタカラーフィルタを配設した場合のリタデーションによる色変化の計算値を示す。
【０１０６】
なお、図１６と、マゼンタカラーフィルタを用いない場合のリタデーションによる色変化の計算値（図１７）とを比較してみると、色度変化の範囲が赤と青の純色（色度図の隅）近くにまで広がっており、マゼンタカラーフィルタを配設することによって赤と青の色再現範囲が広がっていることがわかる。
【０１０７】
また、赤から青への変化が色度図の下辺に沿って動くので、赤から青への連続的な混色の変化が得られることもわかる。このように、マゼンタカラーフィルタを配設することによって赤と青の色再現範囲が広がると同時に、リタデーション変化したときに中間色の連続的変化も得られる。
【０１０８】
ところで、図１５に示す液晶表示素子では、視感度特性の高い緑画素については連続階調表示可能であるが、青と赤は、ＥＣＢによる着色を利用しているため電圧によって色相が変化する領域である。このＥＣＢカラー領域は色相変化とともに明度も若干変化する領域なので、この範囲であっても色相変化が視認上気にならない範囲では明度変調を利用することで擬似的に階調表示を行うことが可能であるが、厳密な意味での階調表示はできない。
【０１０９】
このようにＥＣＢカラー効果を用いる表示色における階調数は基本的には明暗の２値のみに限定されるが、従来のＲＧＢカラーフィルタ方式を用いる場合と比較すると、１つの画素に必要な副画素数が３つから２つに減らすことが可能となる。これにより、ドライバＩＣの数が同一であったときには有効画素数が１．５倍となり、高解像度な表示が得られる。もしくは同一の画素数を得るためには、必要なドライバＩＣ数を減らすことが出来るために、低コストなパネルを得ることが可能となる。また開口率の面からも副画素数が少ないため有利である。
【０１１０】
本液晶表示素子では視感度特性の低い赤と青については、階調を有さないためにディザなどの画像処理を用いたデジタル階調を使用することで擬似的な階調表示を可能としている。また視感度特性の高い緑画素には０から２５０ｎｍの範囲で連続的な変調を与えることにより、連続的な階調が表示できる。そのために、人間の目には、階調性が大きく損なわれたようには感じられず、比較的良好なカラー画像を得ることができる。即ち、目の検知しうる階調数が少ない赤と青に限ってデジタル階調を使用することで、限られた階調数でも十分な特性を持たせることが可能となる。
【０１１１】
なお、上記のように限られた階調数でも十分な階調性を感じさせるためにも、画素ピッチは細かい方が好ましい。つまり、人間が画素を識別できなくなる解像度という観点で、２００ミクロンピッチ以下にしておくことがより望ましい。以上述べた方式に従えば、明るく、光利用効率が高く、視認上フルカラー表示が可能な液晶表示素子を実現することが可能となる。
【０１１２】
ところで、上述したとおり、ＲＧＢカラーフィルタ方式のカラー液晶表示素子は明るさに関しては相当犠牲にしながら実用化されている。一方、ハイブリッド型のカラー表示方式では、明るく、光利用効率が高く、視認上フルカラー表示が可能な極めて表示品位の高い液晶表示素子を実現することが可能である。これにより、反射型液晶表示素子として用いた場合には、オフィス等の環境光のみでも視認性の高い表示が実現できる。またフロントライトを用いる場合にも従来のＲＧＢカラーフィルタを用いた反射型カラー液晶表示素子と比較すると消費電力を低く抑えることが可能となる。つまり、ハイブリッド型のカラー表示方式では反射型カラー液晶表示素子への応用に対して、高い効果が期待できる。
【０１１３】
ここで、反射型液晶表示素子の実施形態として、液晶セルの外側に反射板が配置されているもの、および液晶セルの内側に反射板が配置されているもの、の２種類に大別することができる。このうち前者は、デジタル時計などのセグメント型表示を中心に使用されているが、ガラス基板の厚さの分だけ視差が生じるために、高精細なディスプレイには用いることは困難である。またカラーフィルタを用いたディスプレイに対しても使用することが困難である。したがって、反射型高精細液晶表示素子もしくは反射型カラー液晶表示素子として用いる場合には、後者の液晶セルの内側に反射板が配置されているものが広く用いられている。
【０１１４】
この液晶セルの内側に反射板が配置されている構成は、さらに次の二つに分類される。（非特許文献２参照）一つは平坦な鏡面反射板を用いて、液晶セルの入射光側に拡散板を配置する「前方散乱板方式」、残る一つは反射板自体に凹凸形状を設けて拡散性能を付与する「拡散反射板方式」である。
【０１１５】
前方散乱板方式では反射板として鏡面を用いるだけであり、特別なプロセスを用いる必要が無いために、低コストで液晶素子を作ることができるのがメリットである。ただし、拡散面と液晶層との距離がガラスの厚さの分、すなわち約１ｍｍ離れており、この距離が画素ピッチ（数百ミクロン）に対して大きいために、表示ボケが発生し易いという課題がある。それに対して、拡散反射板方式では、反射板に凹凸を付与する工程や凹凸を平坦化させる工程など、コストアップの要因が存在するものの、拡散層と液晶層との距離が数ミクロン以内と極めて近いことから、表示ボケの無い鮮明な表示を行うことができる。これにより、反射型カラー液晶表示素子では拡散反射板を用いた製品が各社から販売されている。
【０１１６】
ハイブリッド型のカラー表示方式では、特許文献１に記載のように、垂直配向（ＶＡ）モードやＯＣＢモードなど、既存の液晶表示モードをそのまま利用することが可能である。むろん、上述した前方散乱板方式や拡散反射板方式のいずれの方式も利用することが可能である。
【０１１７】
＜発明との対応＞
第１実施形態の液晶装置１００は、リタデーション範囲を色相変化領域に設定した液晶層６６Ａを備え、電圧印加等による液晶層の副屈折量変化を利用してカラー表示を行う。そして、観察側から見た液晶層６６Ａの後方に微細な表面凹凸形状が形成された反射電極６８を配置し、液晶層６６Ａの液晶分子配向は、その厚み方向のほぼ中心を挟んで厚み方向に対称であるとともに、厚み方向にねじれ性を有する。
【０１１８】
これにより、液晶層６６Ａの液晶分子配向が、その厚み方向のほぼ中心を挟んで厚み方向に実質的に対称であるので、入射光路の前半と後半とで観察角度や照明角度によるリタデーションの変化が相殺され、出射光路の前半と後半とでも観察角度や照明角度によるリタデーションの変化が相殺される。従って、反射電極６８の散乱反射面によって入射角と反射角が異なっても、液晶層６６Ａ全体としてのリタデーションはあまり変化しない。
【０１１９】
そして、液晶層６６Ａの液晶分子配向が、厚み方向にねじれ性を有するので、厚み方向に対称な液晶層６６Ａの液晶分子配向が安定したものとなり、無電圧印加状態とすることでベンド配向と連続性のあるツイスト配向へと遷移する。ツイスト配向からベンド配向へは連続的に遷移することができるので、ベンド化のための特別は配向処理が不要である。
【０１２０】
第２実施形態の液晶装置５００は、隣接する一対の表示単位５Ｇ、５Ｍにマゼンタ色と緑色のカラーフィルタ７０Ｇ、７０Ｍがそれぞれ配置され、緑色のカラーフィルタ７０Ｇを配置した液晶層６６Ａを無彩色のリタデーション範囲で作動させ、マゼンタ色のカラーフィルタ７０Ｍを配置した液晶層６６Ａを有彩色のリタデーション範囲で作動させる。従って、マゼンタ色のカラーフィルタ７０Ｍを配置した液晶層６６Ａが赤と青の発色を担うこととなり、ＲＧＢの発色による自然色表示を２つの表示単位５Ｇ、５Ｍで実現できる。
【０１２１】
第３実施形態の液晶装置６００は、第２ガラス基板６９を透明材料で形成して、反射電極６８Ｍ、６８Ｇを配置した表示単位５Ｇ、５Ｍと透明電極６８ｇ、６８ｍを配置した表示単位６Ｍ、６Ｇとを混在させ、表示単位６ｍ、６ｇを照明するバックライト７５を第２ガラス基板６９に隣接させて設けている。従って、暗い使用環境ではバックライト７５による明るい表示、バックライト７５が無効なほどの明るい使用環境では反射電極６８Ｍ、６８Ｇを用いた外光による明るい表示が可能である。つまり、幅広い明るさ範囲で見易い表示が可能である。
【０１２２】
第１実施形態の液晶装置１００は、微細な表面凹凸形状を有する反射電極６８と、反射電極６８で折り返した入射光が通過する液晶層６６Ａとを備える。そして、液晶層６６Ａの液晶材料にカイラル材を添加して、液晶層６６Ａの液晶分子配向に安定したＯＣＢモードを設定している。従って、無電圧印加状態で長期間放置しても他の分子配向へ遷移せず、画像表示の開始に先立たせて１０Ｖの交流電圧を印加する必要が無い。
【０１２３】
比較例３の液晶装置４００は、微細な表面凹凸形状を有する反射電極６８と、反射電極６８で折り返した入射光が通過する液晶層６６Ｃとを備える。そして、画像表示の開始に先立たせて、画像表示に用いる最大電圧よりも高い１０Ｖの交流電圧を印加して、液晶層６６Ａの液晶分子配向をＯＣＢモードに偏移させることにより、表示色相の視野角依存性を解消している。１０Ｖの交流電圧の印加は、例えば、第２ガラス基板６９上のスイッチング素子および回路のさらに下層に配置した共通の面状電極を使用して行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】第１実施形態の液晶装置における素子構成の説明図である。
【図２】第１実施形態の液晶装置における視野角特性の線図である。
【図３】比較例１の液晶装置における素子構成の説明図である。
【図４】比較例１の液晶装置における視野角特性の線図である。
【図５】比較例２の液晶装置における素子構成の説明図である。
【図６】比較例２の液晶装置における視野角特性の線図である。
【図７】比較例３の液晶装置における素子構成の説明図である。
【図８】第１実施形態と３つの比較例とを比較した実験結果の一覧表である。
【図９】ＶＡモードにおける液晶分子の挙動の説明図である。
【図１０】鏡面反射面における入反射光路と液晶分子の傾きとの関係の説明図である。
【図１１】拡散性反射面における入反射光路と液晶分子の傾きとの関係の説明図である。
【図１２】厚み方向に対称な液晶分子配向における入反射光路と液晶分子の傾きとの関係の説明図である。
【図１３】第２実施形態の液晶装置における素子構成の説明図である。
【図１４】第３実施形態の液晶装置における素子構成の説明図である。
【図１５】ハイブリッドカラー表示方式の液晶表示素子の画素構成の説明図である。
【図１６】マゼンタカラーフィルタがある場合の色相表示の線図である。
【図１７】マゼンタカラーフィルタが無い場合の色相表示の線図である。
【符号の説明】
【０１２５】
６１  偏光フィルタ部材（偏光板）
６２  １／４波長部材（１／４波長板、視野角補償フィルム、位相差板）
６３  前方基板（第１ガラス基板）
６９  後方基板（第２ガラス基板）
６６Ａ  液晶層、ＯＣＢモードカイラルネマティック液晶
６６Ｃ  液晶層、ＯＣＢモードマティック液晶
６５  前方配向層（配向膜）
６７  後方配向層（配向膜）
６８、６８Ｍ、６８Ｇ  反射面（反射電極）
６８ｍ、６８ｇ  透明電極
７０Ｍ  マゼンタ色のカラーフィルタ
７０Ｇ  緑色のカラーフィルタ
７５  光源手段（バックライト）
５Ｇ、５Ｍ  反射面を配置した表示単位（セル、液晶セル）
６Ｇ、６Ｍ  反射面を配置しない表示単位（セル、液晶セル）
１００、５００、６００  液晶装置
【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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【図１７】
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