JP2000122059A

JP2000122059A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2000122059A
Application number: JP10293374A
Authority: JP
Inventors: Taku Nakamura; 卓中村; Yoshinori Higuchi; 義則樋口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】光利用率を改善し、高輝度かつ低消費電力の
半透過型表示素子を得る。【解決手段】偏光板１１、位相差板１２、カラーフィ
ルタ５０、入射光を印加電圧に応じてλ／２ずらす可変
リターダー層（ツイステッドネマティック液晶層）１
５、コレステリック液晶などの選択反射層１８及び背面
光源２１で構成した表示素子において、選択反射層１８
と背面光源２１との間に背面光源からの光の波長を選択
的に透過するコレステリック液晶層６０を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルタを
備え背面からの透過光による表示が可能な反射型カラー
表示素子、特に背面光源からの光の波長を選択的に反射
・透過する層を有するカラー表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型カラー液晶表示素子に、背面か
らの透過光による表示機能を具備させた半透過型カラー
表示素子は、観察側すなわち前面側からの入射光を反射
し、背面側からの光を透過するハーフミラーなどの半反
射板をカラーフィルタ付き液晶素子の背面側に配置す
る。前面から入射する外光はカラーフィルタを通過した
後、半反射板で反射し再びカラーフィルタを通過して観
察されるので、カラーフィルタを２度通過する。一方、
背面にバックライト（背面光源）を配置してバックライ
トからの光を観察する場合は、半反射板を通りカラーフ
ィルタを透過した光を見るので、この透過光はカラーフ
ィルターを１度通過する。このため両光に対するフィル
タ作用が異なるものとなる。

【０００３】

【発明が解決しようする課題】例えば、背面からの透過
光に合わせてカラーフィルタの濃度を濃く、例えば図６
のように赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色フィルタ
の他領域の透過率を低くすると、暗所でバックライト点
灯使用するには良好な色合いの表示を得られるが、外光
反射使用時に表示が暗くなる問題を生じる。また、外光
反射に合わせてカラーフィルタの濃度を薄く図７のよう
に透過率（ＣＩＥ−ＸＹＺ表色系でのＹ値）が４０％以
上のフィルタにすると、外光が入射時と反射時の２回カ
ラーフィルタを通るので適度な色表示が得られるが、暗
所でのバックライト点灯使用時に、バックライト光がカ
ラーフィルタを１回しか通らないため色再現範囲が小さ
くなってしまうという問題がある。

【０００４】図７のような透過率が４０％以上のカラー
フィルタを透過型で用いると、カラーフィルタによる色
再現性を劣化させる光源の青−緑間の領域の４７０〜５
１０ｎｍ、緑−赤間の領域５６０〜６００ｎｍの無視で
きないスペクトルの光成分によって原色の色が淡くなる
からである。

【０００５】本発明はこれら従来の半透過型表示素子の
問題点を解決し、暗所でのバックライト点灯使用時の表
示の色再現範囲と、明所での外光反射での表示の色再現
範囲を両立する表示素子を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、互いに対向配
置され、それぞれの内面に液晶駆動電極が形成された前
面基板及び背面基板と、前記前面基板と背面基板との間
に挟持され、印加電圧に応じて入射光の位相を変調する
液晶層と、一方の電極基板の外面に順に載置された位相
差板及び偏光軸を有する偏光板と、他方の電極基板上に
形成された半透過半反射層と、前記半透過半反射層より
前記前面基板側に配置されたカラーフィルタ層と、前記
他方の電極基板の背面に配置された背面光源と、前記半
透過半反射層と前記背面光源との間に配置され、前記カ
ラーフィルタ層の分光透過率特性のピーク波長間の波長
光を選択的に反射するコレステリック液晶層とを具備す
ることを特徴とする液晶表示素子を得るものである。

【０００７】さらに、前記位相差板の遅相軸が前記偏光
板前面側からみたとき前記偏光軸から所定方向に概略４
５°をなすように前記位相差板が配置されていることを
特徴とする液晶表示素子を得るものである。

【０００８】さらに、前記半透過半反射層は、入射光の
第一円偏光成分を反射し前記第一円偏光成分と逆回りの
第二円偏光成分を透過する選択反射層であることを特徴
とする液晶表示素子を得るものである。

【０００９】さらに、前記選択反射層は、コレステリッ
ク液晶であることを特徴とする液晶表示素子を得るもの
である。

【００１０】さらに、前記選択反射層のコレステリック
液晶の捩じれ方向が、前記偏光軸から前記遅相軸への回
転方向と逆方向であることを特徴とする液晶表示素子を
得るものである。

【００１１】さらに、前記選択反射層のコレステリック
液晶の捩じれ方向と前記選択反射層と前記背面光源との
間に配置されたコレステリック液晶層の捩じれ方向が同
一方向であることを特徴とする液晶表示素子を得るもの
である。

【００１２】さらに、前記選択反射層を構成するコレス
テリック液晶の捩じれ方向と前記選択反射層と前記背面
光源との間に配置されたコレステリック液晶層の捩じれ
方向が互いに逆方向であることを特徴とする液晶表示素
子を得るものである。

【００１３】さらに、前記選択反射層を構成するコレス
テリック液晶は、その螺旋ピッチと平均屈折率の積が可
視光波長に相当する値の間で連続的に変化するように形
成され、前記選択反射層と前記背面光源との間に配置さ
れたコレステリック液晶層は、その螺旋ピッチと平均屈
折率の積が可視光波長に相当する値の間で非連続的に変
化するように形成されていることを特徴とする液晶表示
素子を得るものである。

【００１４】本発明の表示素子の代表的構成は、その観
察側から順に、偏光板、位相差板、カラーフィルタ、可
変リターダー層として機能する光位相変調の液晶層、コ
レステリック液晶の半透過半反射層（選択反射層）、背
面光源の光を選択反射・透過するコレステリック液晶層
を配置する。このコレステリック液晶層により、波長光
特性をカラーフィルタの分光透過率特性に適合させるも
のであるのピーク波長間の波長を選択的に反射して遮断
し、背面光源の発光スペクトルを調整する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の半透過型表示素子の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は
本実施の形態の素子１０の構成と動作原理を説明するも
ので、観察側から偏光板１１、位相差板１２、カラーフ
ィルタ５０、可変リターダー層として機能する光位相変
調の液晶層１５、選択反射層として半透過半反射層１
８、コレステリック液晶層６０、背面光源２４が配置さ
れる。

【００１６】図２は、コレステリック液晶の選択反射層
１８の動作原理を説明するものである。

【００１７】選択反射層１８は、その一主面に到達する
入射光のうち左円偏光成分または右円偏光成分のみを反
射し、反射する成分とは逆回り（右偏光成分または左偏
光成分）を透過し、反対の主面に到達する入射光のうち
左偏光成分または右偏光成分のみを反射し、右偏光成分
または左偏光成分を透過する機能を有する。この様子を
一主面側から見ると、一主面側に反射する光と裏面から
透過する光との回転方向は等しく、裏面側に透過する光
と裏面側に反射する光との回転方向も等しい。このよう
な機能を有する選択反射層としては、図２に示すコリス
テリック液晶が知られている。尚、図２において円偏光
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１’、Ｌ２’の回転方向はすべて選択反
射層１８の一主面１８ｆ側から観察した状態を示してい
る。

【００１８】即ち図２に示すように、選択反射層１８を
構成するコレステリック液晶１９が左回りの螺旋構造を
有する場合、その主面１８ｆ側から入射する自然光Ｌｆ
のうち左円偏光成分は主面１８ｆで反射される。このと
き反射光Ｌ１は、反射により進行方向に対し回転方向が
反転され右回りの円偏光として出射されるが、主面１８
ｆ側からみると左円偏光となる。また入射光のうち右円
偏光成分Ｌ２は他の主面１８ｂ側に透過する。一方他の
主面１８ｂから入射する自然光Ｌｂのうち進行方向に対
して左円偏光成分は、主面１８ｂで反射され進行方向に
対して回転方向が反転された右円偏光成分の光Ｌ２’と
なる。また進行方向に対して右円偏光成分は選択反射層
１８を透過するが、この光を主面１８ｆ側から観察する
と左円偏光成分Ｌ１’となる。

【００１９】本発明の表示素子において、観察面側から
外光Ｌｆが入射すると、偏光板１１の偏光軸方向に沿っ
た振動方向を有する直線偏光成分が取り出され、可変リ
ターダー（１２、１５）に到達する。可変リターダーは
光の位相差量を可変にできるもので、理想的には入射光
の特定方向の振動成分の位相をこれに直交する振動成分
に対してλ／４（λ：入射光波長）遅延させる固定リタ
ーダー層１２と、印加電圧に応じて入射光の特定方向の
振動成分の位相をこれに直交する振動成分に対して相対
的にλ／２遅延させる可変リターダー層１５により構成
される。

【００２０】固定リターダー層１２としては、例えば周
知のλ／４位相差板を用いることができ、その遅相軸を
偏光板１１の偏光軸に対して所定方向に４５°の角度を
なすように配置することにより、偏光板１１を透過した
直線偏光を特定の回転方向をもった円偏光に変換する。
位相差板１２の遅相軸が偏光板の偏光軸に対して右回り
に４５°の角度をなすように配置された場合、出射され
る円偏光は右回りの極性となる。逆に遅相軸が偏光軸に
対して左回りに４５°の角度をなすように配置すると、
出射される円偏光は左回りの極性となる。

【００２１】可変リターダー層としては、例えば周知の
ツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶層１５を用い
る。液晶駆動画素電極１６をもつアレイ基板１３と液晶
駆動対向電極１７をもつ対向基板１４で挟持されたＴＮ
層に、電源２０からしきい値以下の電圧（第一電圧）が
印加された状態即ち液晶層が初期配列を維持している状
態では、入射光の特定方向の振動成分がこれに直交する
方向の振動成分に対してλ／２遅延され、その結果入射
した円偏光の回転方向が逆転される。ＴＮ層１５に飽和
電圧以上の電圧（第二電圧）が印加されツイスト状態が
解けると、入射光は位相変調されないまま出射されるた
め、円偏光の極性はそのまま維持される。

【００２２】即ち本発明において可変リターダー層１５
をＴＮ液晶で構成した場合、第一電圧印加時と第二電圧
印加時で液晶層による位相遅延が相対的にλ／２生じ
る。たとえばＴＮ液晶を例にとれば第一電圧とは液晶が
初期配向状態を呈する電圧、第二電圧とは液晶のツイス
トが解ける状態を指すが、強誘電液晶等、初期配向状態
（第一電圧印加時）で入射光位相をλ／４遅らせ、飽和
電圧以上の電圧（第二電圧）印加時にλ／４進めるもの
も適用できる。

【００２３】一例として偏光軸に対し右回りに概略４５
°の角度で交差する遅相軸を有するλ／４位相差板１２
と、その後面に配置されたカラーフィルタ５０、ＴＮ液
晶層１５と、さらにこのＴＮ液晶層の後面に配置された
左捩じれのコレステリック液晶からなる選択反射層１８
と、コレステリック液晶層６０と、その背面に配置され
た背面光源２１とを用いて本願の表示素子を構成した場
合、まず位相差板に到達した直線偏光は、右円偏光に変
換されて出力される。

【００２４】尚、本発明に係わるカラーフィルタ５０と
コレステリック液晶層６０の説明は後述する。

【００２５】ＴＮ液晶層１５が第一電圧印加時即ちＯＦ
Ｆ状態の場合、右円偏光はＴＮ液晶層１５で左円偏光に
変換されて選択反射層１８に到達する。そして選択反射
層は図２の原理に従い、偏光板１１側から見て左回りの
偏光成分を反射する。この左円偏光は再びＴＮ液晶層１
５で右円偏光に変換され、位相差板１２に到達して、入
射直線偏光と同じ方向に振動する直線偏光として取り出
される。また選択反射層１８の背面から入射する光源光
Ｌｂのうち、偏光板側から見て左回りの円偏光成分は選
択反射層１８を透過し、ＴＮ液晶層１５で右回りの円偏
光に変換される。そして位相差板１２に到達して、入射
直線偏光と同じ方向に振動する直線偏光として取り出さ
れる。

【００２６】一方ＴＮ液晶層１５が第二電圧印加時即ち
ＯＮ状態の場合、位相差板１２から出射される右円偏光
はその回転方向を維持して選択反射層１８に到達し、裏
面に透過される。また選択反射層１８の背面から入射す
る光のうち、偏光板１１側から見て左回りの偏光成分は
選択反射層１８及びＴＮ液晶層１５を透過し、位相差板
１２により偏光板１１の偏光軸と直交する方向に振動す
る直線偏光として取り出される。

【００２７】こうして、同一構成の表示素子により、外
光（偏光板側からの入射光）Ｌｆを利用した反射型表示
と、背面光源２１の光Ｌｂを利用した透過型表示が可能
となる。

【００２８】尚、位相差板１２の遅相軸が偏光軸から左
回りに概略４５°の角度をなすように配置した場合、コ
レステリック液晶のツイスト方向を右回りとすることに
より同一の動作を達成できる。

【００２９】背面光源２１としては、例えばアクリル等
の透光性の平板からなる導光体２２の側面に線状光源２
４を配置した面光源を用いることができる。導光体の裏
面に散乱反射層２３を設けることにより、選択反射層１
８から反射された円偏光の偏光成分は、選択反射層１８
を透過する回転方向となるまで選択反射層と散乱反射層
２３との間を繰り返し反射される。従って、散乱反射層
の吸収分による損失を除げば、線状光源からの光の利用
効率を極めて高めることができる。線状光源２１は図８
のような発光スペクトルの昼光色蛍光灯や、図９のよう
に赤、緑、青の３波長に発光スペクトルピークを有する
３波長蛍光灯などが用いられる。

【００３０】以上説明したように、選択反射層の主面と
その裏面から入射する光に対する反射／透過関係は、入
射する円偏光の回転方向に関し同じ関係となっている。
従って、可変リターダーが入射光の位相変調をする状態
では、明状態の表示が得られ、位相変調をしない状態で
は、暗状態の表示が得られる。

【００３１】尚、本発明の可変リターダー層１５として
は、入射光の位相を印加電圧に応じてλ／２ずらす機能
を有するものを利用することができる。上記の場合は入
射光を位相変調しない状態とλ／２遅延される状態との
間でスイッチングされる例をあげたが、λ／４遅延させ
る状態とλ／４進める状態でスイッチングされる素子を
用いてもよい。

【００３２】さらに、図３ないし図５により、本発明の
実施例をより具体的に説明する。図３は、本発明の実施
例の半透過型液晶表示装置として構成されたＴＦＴアク
ティブマトリクス型液晶表示装置である。図４はその主
たる構成部分、図５はアレイ基板のＴＦＴ素子構造を示
す。同図は図４のＴＦＴ素子構造を説明するため、図４
に対して上下反転して示してある。表示素子１０の観
察側には、偏光板１１が配置され、その下層には、λ／
４波長板１２が配置されている。そしてλ／４波長板１
２の下層には、２枚のガラス基板１３、１４によって挟
持されたツイステッドネマティック液晶層１５を有する
ツイステッドネマティック液晶素子が配置されている。

【００３３】このツイステッドネマティック液晶素子の
観察側の基板１３はアレイ基板を構成し、カラーフィル
タ５０とその上に透明なＩＴＯでできた画素電極層１６
がマトリクス状に配置され、下側基板１４は対向基板を
構成し、画素電極層１６に対向する面にＩＴＯの対向電
極層１７を形成している。さらに、両電極面に図示しな
い配向膜が互いの配向軸が直交するように塗布形成され
ている。これによりネマティック液晶層１５のツイスト
角は９０°となる。

【００３４】そして下側基板１４と電極層１７との間に
は、コレステリック液晶をポリマー化したフィルム（選
択反射層）１８が被着形成されている。図２は、フィル
ム１８によって透過または反射される光の様子を示す。
フィルム１８に用いられるコレステリック液晶は、その
液晶分子１９の捩じれピッチｐと平均屈折率ｎを乗じた
値ｎｐが入射光波長λに等しい場合を想定している。こ
のコレステリック液晶の液晶分子が図の上方からみて左
回りの螺旋構造となっている場合、上側から入射した光
Ｌｆは右円偏光成分のみ反射され、右円偏光成分は透過
する。コレステリック液晶は上記の値ｎｐが入射光波長
λに等しい場合、その螺旋方向（左回り）または右回
り）と等しい方向（左回りまたは右回り）の円偏光成分
を１００％反射する機能を有する。下側から入射した光
Ｌｂに対しても同様に左円偏光成分のみ反射され、右辺
偏光成分は透過する。

【００３５】再び図１を参照して、本実施例の表示素子
１０の動作を説明する。図１（ａ）は、ツイステッドネ
マティック液晶層１５に電源２０から電圧が印加されな
いオフ状態、正確には液晶のしきい値ル以下の電圧印加
状態（零電圧を含む）（Ｖｏｆｆ時）を示す。この場
合、ネマティック液晶は上側基板から下側基板に向けて
９０°ねじれた螺旋構造を示し、液晶分子が基板に平行
に配列する。

【００３６】この状態において、図上方の観察側から入
射してくる光Ｌｆは、偏光板１１及び固定リターダー層
であるλ／４位相差板１２を介して、右回りの円偏光と
して可変リターダー層であるツイステッドネマティック
液晶層１５に入射する。そしてツイステッドネマティッ
ク液晶層１５で位相がλ／２遅延されることにより、左
回りの円偏光に変換されて選択反射層１８に到達する。
従って上述したとおり到達した左回りの円偏光は選択反
射層１８により全反射され、再びツイステッドネマティ
ック液晶層１５により位相がλ／２遅延されることによ
り、右回りの円偏光に変換されて出力される。この光が
再びλ／４位相差板１２を通過することにより、偏光板
１１の偏光軸に沿った直線偏光となり、偏光板１１を通
過して出力され、明状態の表示が得られる。

【００３７】図１（ｂ）は、ツイステッドネマティック
液晶層１５に飽和レベル以上の電圧が印加されたオン状
態（Ｖｏｎ時）を示す。この場合、ネマティック液晶は
螺旋構造が解けて液晶分子が基板に垂直に配列し、入射
光を位相変調しない状態となる。

【００３８】この状態において、図上方から入射してく
る光Ｌｆは、図１（ａ）の場合と同様に、偏光板１１及
びλ／４位相差板１２を介して、右回りの円偏光として
ツイステッドネマティック液晶層１５に入射するが、同
層１５では位相変調されず、右回りの円偏光のままコレ
ステリック液晶の選択反射層１８に到達する。この右回
りの円偏光は、表示素子の背面に向けて透過していく。
その結果、観察面には光は戻らず、暗状態の表示が得ら
れる。

【００３９】次に選択反射層１８の背面に面光源２１を
配置した場合の動作について説明する。面光源２１は、
アクリル平板などにより形成される導光板２２と、その
側面に配置された線状光源２３、及び導光板の背面に配
置された拡散反射層２４により構成される。

【００４０】図１（ａ）の状態即ちＶｏｆｆ時には、面
光源から出力される光Ｌｂのうち偏光板側からみて左回
りの円偏光が選択反射層１８を通過し、右回りの円偏光
は反射される。そして選択反射層１８を通過した光は、
ツイステッドネマティック液晶層１５によって位相変調
され、右回りの円偏光に変換される。そしてこの光がλ
／４位相差板１２を通過することにより、偏光板１１の
偏光軸に沿った直線偏光となり、偏光板１１を通過して
出力され、明状態の表示が得られる。一方図１（ｂ）の
状態即ちＶｏｎ時には、選択反射層１８を通過した偏光
板側からみて左回りの円偏光は、ツイステッドネマティ
ック液晶層１５による位相変調を受けず、そのまま出力
される。そしてこの光がλ／４位相差板１２を通過する
ことにより、偏光板５の偏光軸と直交する振動方向を有
する直線偏光となり、偏光板１１により吸収されて、暗
状態の表示が得られる。

【００４１】このとき、選択反射層１８により反射され
た右回りの円偏光は、再び面光源２１側に戻されるが、
面光源の背面に装着された拡散反射層２３に到達する
と、その偏光成分が分解され、左回りの円偏光成分を有
するようになる。左回りの円偏光成分は選択反射層１８
により透過されるため、拡散反射層と選択反射層１８と
の間で反射を繰り返すうちに、理想的には全ての反射光
が左回りの円偏光に変換されて、観察面側に向けて出力
される。

【００４２】このようにして同一構造の表示素子を用い
て、外光を利用する場合、光源を利用する場合ともに、
極めて光利用効率の高い表示を得ることができ、明るい
表示が可能となる。

【００４３】また、選択反射層１８を可変リターダーで
あるツイステッドネマティック液晶素子の内部に形成す
ることにより、基板１４外面に選択反射層を配置した場
合に比べ、基板１４による視差はなくなる。

【００４４】こうして、同一構成の表示素子により、外
光を利用した反射型表示と、背面光源を利用した透過型
表示が同時に可能になる。

【００４５】尚、上記実施例においては、ツイステッド
ネマティック液晶素子を可変リターダーとして用いた
が、入射光の位相を２分の１波長ずらすか位相変調しな
いかを電界により制御できる素子であれば同様の効果を
得られることはいうまでもない。例えば、他の実施例と
して、従来公知のネマティック液晶を基板の方向に平行
に配向させた水平配向型ネマティック液晶素子を用いて
もよく、またネマティック液晶を基板の方向に垂直に配
向させた垂直配向型ネマティック流晶素子を用いてもよ
い。また反強誘電性液晶素子や強誘電性液晶素子など、
液晶層に入射した偏光の位相を右回りに４分の１波長ず
らすか左回りに４分の１波長ずらすかを電界により制御
できるものを用いてもよい。この場合も入射光の位相を
２分の１波長ずらすか位相変調しないかを電界により制
御する場合と、相対的に同様の効果が得られる。

【００４６】例えば、可変リターダー層として、基板に
水平配向させたネマティック液晶を用い、液晶層平面方
向に電界を印加できる手段を設けた水平配向型ネマティ
ック液晶素子の場合は、液晶層は、液晶材料の屈折率異
方性△ｎと液晶層厚ｄを乗じた箇△ｎｄが、およそ１４
０ｎｍとなっている。その結果、４分の１波長板として
機能する。

【００４７】この液晶層に平面方向の電界を印加するこ
とにより、液晶分子が液晶層厚全体で平面方位を９０°
変えることができるようにすれば、偏光板の偏光軸と液
晶分子配列方向とのなす角度を交差角４５°とすること
によって、パネルの上側から入射した光に対しては、液
晶層に入射した直線偏光を右回り及び左回りの円偏光と
して出射させることができる。

【００４８】従って、円偏光を選択的に反射する選択反
射層によって入射光を偏光的に反射／透過させることが
できる。また基板の下側から入射した光に対しては選択
反射層を通過して得られた円偏光を、極性が全く逆の２
種の直線偏光に偏光的に変換させることができる。こう
して基板の上側から入射する光に対しても、下側から入
射する光に対しても、同じ電圧状態で同じ表示状態を得
ることができる。

【００４９】こうした本発明の表示素子に用いる選択反
射層は、可視光域における全ての波長の光に対して前述
した機能、作用を発揮することが、無彩色の白黒表示や
色再現性に優れたカラー表示を得る上で望ましい。例え
ば上記の実施例のように、コレステリック液晶層により
選択反射層を構成した場合、その螺旋ピッチｐとコレス
テリック液晶ポリマーの平均屈折率ｎを乗じた値ｎｐ
が、可視光波長の最短波長から最長波長までを網羅する
よう螺旋ピッチが層厚方向に沿って連続的に変化した螺
旋構造とすることにより、可視光領域の全ての波長に対
応した偏光反射能を得ることができる。

【００５０】コレステリック液晶を構成する棒状高分子
は螺旋構造を有し、螺旋軸に平行な光が入射した場合、
螺旋ピッチに等しい光の波長をブラッグ反射する。即
ち、値ｎｐに等しい波長の光を中心波長として、屈折率
異方性△ｎと螺旋ピッチｐを乗じた値△ｎｐと等しいバ
ンド幅（波長の範囲）にてブラッグ反射を得る。尚、上
記の屈折率異方性△ｎは、棒状の液晶高分子の長軸方向
に沿った屈折率と短軸方向に沿った屈折率との差を表
し、一方平均屈折率は、長軸方向に沿った屈折率と短軸
方向に沿った屈折率の二乗和の平方根により求められ
る。

【００５１】しかしながら、コレステリック液晶の屈折
率異方性△ｎは０乃至０．３のものしか実存せず、かつ
コレステリック液晶の平均屈折率ｎも１．４乃至１．６
のものしか実存しないため、前記ブラッグ反射の中心波
長を可視光波長の中心波長（約５５０ｎｍ）にあわせる
ことは困難である。従って上述の通り、コレステリック
液晶の螺旋ピッチを層厚方向に変化させることが、可視
光波長領域全域に渡って良好な偏光反射能を得るために
極めて有効である。

【００５２】このような螺旋ピッチが変化するコレステ
リック液晶層を得るには、ピッチの異なる２種以上のコ
レステリック液晶ポリマー層を連続的に積層したり、コ
レステリック液晶材料を基板に塗布して固化させる際
に、塗布後の膜表面にコレステリック液晶の螺旋ピッチ
を長くする添加剤（例えば螺旋ピッチが無限大であるネ
マティック液晶など）をコーティングする方法が好適で
ある。

【００５３】また、上記例においては、可変リターダー
層に印加する電圧としてＶｏｎとＶｏｆｆの中間の電圧
を印加することにより、中間調表示をさせることももち
ろん可能である。

【００５４】以上により、外光を利用して反射型表示素
子として動作させる場合、また背面光源を利用して透過
型表示素子として動作させる場合、いずれの場合も高い
光利用効率を達成することができる。

【００５５】図３ないし図５に示すように、アレイ基板
１３は、ガラス等からなる絶縁基板からなり、図はアレ
イ基板１３を観察側に配置し、対向基板１４を背面光源
側に配置したカラーフィルターを有するツイステッドネ
マティック型の素子を示す。画面表示領域に多数の画素
電極１６をマトリスク状に配置し、各画素電極１６に駆
動スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
３１が設けられる。これらの画素電極間に信号線３２、
ゲート電極３３を含む走査線３４、さらに必要に応じて
補助容量電極（図示しない）が設けられる。これらの上
から熱酸化膜３５、例えばアモルファスシリコン（ａ−
Ｓｉ）からなる半導体膜３６が順次形成されており、半
導体膜を覆って低抵抗半導体膜３７が形成されている。
ＴＦＴ素子３１を構成している部分は、ＴＦＴ素子を保
護するためのパッシベ−ション膜３８によって覆われて
いる。

【００５６】このように、ゲート電極３３が半導体膜３
６の下に配置される構造をボトムゲート構造と称し、ア
レイ基板１３からＴＦＴ素子３１に向かって入る外光は
ゲート電極３３で遮られるため半導体膜３６に入射しな
い。その結果、表示素子を屋外使用する時の光により発
生する光リーク電流による表示コントラスト比低下を防
止できる。

【００５７】また、画素部の全面にはカラーフィルタ５
０が配置されている。赤、緑、青の３原色もしくはイエ
ロー、マジェンタ、シアンの補色３原色のカラーフィル
タでなり、マトリクス状に配置した画素電極３０及び対
向電極１７により液晶層１５を画素単位で電界制御する
ことにより加法混色によるカラー表示を行う。カラーフ
ィルタの分光特性は、図７に示すような高透過率（透過
率（ＣＩＥ−ＸＹＺ表色系でのＹ値）が４０％以上）の
ものを用いる。屋外などの明所で、バックライトを点灯
させず、外光を光源として表示を行なう際の輝度が高く
できるのでよい。

【００５８】カラーフィルタには１０μｍ角程度のコン
タクトホール４０が設けられている。このカラーフィル
タ５０の上にＩＴＯからなる透明画素電極１６が各画素
毎に形成される。透明画素電極１６はカラーフィルタ５
０に設けられたコンタクトホール４０を介してＴＦＴの
ソース電極４１に電気的に接続されている。

【００５９】透明画素電極１６の境界部には信号線３
２、走査線３４、補助容量線の何れかの配線電極が配置
されて、背面光源による半透過型液晶表示装置の透過光
使用時に、背面光源の光が漏れてコントラスト比を低下
させることが無い。このアレイの上にさらに、図示しな
い配向膜が所定の配向軸を備え積層されている。

【００６０】ー方、対向基板１４には、選択反射層１８
が所定形状に形成されている。ここで、選択反射層１８
としては、コレステリック液晶をポリマー化したフィル
ムを被着形成した。選択反射層１８はさらに、対向電極
１７として例えばＩＴＯの透明導電膜が所定形状に積層
されている。ＩＴＯは通常のマスクスパッタの手段によ
り成膜とパタ−ニングを同時に行うのが好ましい。これ
によりＩＴＯ形成時のコレステリック液晶層へのプロセ
ス負荷は極めて小さい。

【００６１】さらに、図示しない配向膜が配向処理して
積層されている。その配向軸はアレイ基板上の配向膜の
配向軸と直交するような方向となっている。これにより
ネマティック液晶層のツイスト角は９０゜となる。

【００６２】これらのアレイ基板１３と対向基板１４と
が対向して液晶セルを構成しており、両基板の周縁部
（シール部）４２は接着剤（シール材）４３によって貼
り合わされ、液晶セルにはＴＮ液晶１５が封入されてい
る。このとき、シール剤は対向基板１４の選択反射層１
８が形成されていない領域に塗布するのが良い。選択反
射層１８の上ではシール剤の付着性が悪く、１万時間以
上の長時間の使用に対して基板が剥れるなどの信頼性問
題を招く恐れがある。あるいは選択反射層の上にシール
剤の付着性の良いオーバ−コート剤を塗布しておけば、
上記信頼性問題は回避できる。オーバ−コート剤は、例
えば通常カラーフィルタに用いられているアクリル樹脂
で良い。

【００６３】アレイ基板１３の外側の面上には、１／４
波長板１２、偏光板１１がこの順に積層されている。

【００６４】さらに、対向基板１４の選択反射層１８と
基板１４間に背面光源２１の帯域フィルタとなるコレス
テリック液晶層６０が配置される。コレステリック液晶
層は次のように作成した。即ちコレステリックの螺旋
ピッチｐとコレステリック液晶ポリマーの平均屈折率ｎ
の積ｎｐが、カラーフィルタ層５０の分光透過率特性の
ピーク波長間の波長光である４７０〜５１０ｎｍの範囲
と、５６０〜６００ｎｍの範囲とを網羅するように螺旋
ピッチが層厚方向にそって連続的に変化した螺旋構造と
する。図１０はコレステリック層の透過率波長分散特性
を示している。螺旋ピッチの捩じれ方向は選択反射層の
コレステリック液晶の捩じれピッチと同方向とした。同
方向の場合は、選択反射層１８と連続してコレステリッ
ク液晶層６０を形成する場合に製造が容易になる。

【００６５】光の選択透過の原理は図２で説明したとお
りであり、背面光源２１からの入射光の円偏光成分の選
択反射と選択透過を行う。背面光源２１から発せられ、
楕円偏光板を通過した円偏光成分の内、４７０〜５１０
ｎｍの範囲と、５６０〜６００ｎｍの範囲の成分はコレ
ステリック層で反射してしまい、透過することがない。
本実施例では、このコレステリック液晶層６０を対向基
板内面に形成したが、液晶側の外面に形成することもで
きる。

【００６６】また、本実施例は背面光源２１に図８の発
光輝度波長分布をもつ昼光色蛍光灯（東芝ライテック製
ＯＡ機器用熱陰極蛍光ランプ昼光色Ｄ）を用いる。

【００６７】ここで、背面光源の線状光源２４に図９の
ような特性の３波長管でなく、図８の昼光色蛍光灯にし
たのは次の理由による。即ち、実際の３波長管の発光輝
度の分光特性は図９に示すように、本質的に必要な４４
０、５４０、６２０ｎｍ近傍のピークだけでなく、４７
０〜５１０ｎｍ、５６０〜６００ｎｍの範囲にも余計な
ピークを有する。しかし、昼光色蛍光灯ではこれらの範
囲の発光分がさらに大きく、コレステリック液晶層６０
による遮断効果が顕著であるからである。勿論、３波長
管についても同様に適用することができる。

【００６８】本発明の表示素子の暗所で背面光源２４の
点灯時に測定した赤、青、緑の色再現範囲を図１１の実
線Ａに示す。本実施例の表示素子からコレステリック液
晶層６０を取り除き、線状光源２１に通常用いられる３
波長管に置換えた場合の色再現範囲を図１１の点線Ｂで
示す。本実施例の方が色再現範囲が広く、特に赤、緑の
再現性がよいことを示している。本実施例の場合、５５
０ｎｍでの透過率を１とした場合４７０〜５１０ｎｍで
の最大透過率は０．０６、５６０〜６００ｎｍでの最大
透過率は０．０８程度となる。コレステリック液晶層６
０の透過率を種々試した結果、これらの値がおおむね
０．１以下であれば相応の効果が認められ、０．１を超
えると効果がはっきりしなくなることが分かった。

【００６９】以上において、コレステリック液晶層の分
子の捩じれ方向を選択反射層１８のコレステリック液晶
の捩じれ方向と一致させたが、相互に逆方向に形成する
こともできる。また、コレステリック液晶層６０を４７
０〜５１０ｎｍで最大透過率をもつ層と、５６０〜６０
０ｎｍで最大透過率をもつ螺旋ピッチの異なる層を不連
続的に形成することもできる。

【００７０】

【発明の効果】本発明の表示素子においては、外光を利
用して反射型表示素子として動作させる場合及び背面光
源を利用して透過型表示素子として動作させる場合いず
れの場合においても色再現性があまり変化せず、高輝度
の表示画面を得ることができ、反射表示時に背面光源を
補助的に使用したり透過表示時に背面光源の輝度を上げ
るする必要がなくなり、消費電力を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の動作を説明する断面略図
で、（ａ）はＶｏｆｆの状態、（ｂ）はＶｏｎの状態を
示す、

【図２】本発明の選択反射層及びコレステリック液晶層
の動作原理を示す略図、

【図３】本発明の一実施例の構成を示す一部平面図、

【図４】本発明の一実施例の一部断面図、

【図５】本発明の一実施例のＴＦＴの断面図、

【図６】従来のカラーフィルタの分光透過率特性（透過
率３３％）を示す曲線図、

【図７】本発明の実施例のカラーフィルタの分光透過率
特性を示す曲線図、

【図８】昼光色蛍光灯の発光スペクトルを示す曲線図、

【図９】３波長管の発光スペクトルを示す曲線図、

【図１０】コレステリック液晶層の透過率波長分散特性
を示す曲線図、

【図１１】本発明の実施例と比較例の特性を示す色度
図。

【符号の説明】

１１：偏光板１２：λ／４波長板（位相差板）１３：前面基板（アレイ基板）１４：背面基板（対向基板）１５：ツイステッドネマティック液晶層（可変リターダ
ー層）１６：画素電極（液晶駆動電極）１７：対向電極（液晶駆動電極）１８：半透過半反射層（選択反射層）２１：背面光源２４：線状光源５０：カラーフィルタ６０：コレステリック液晶層

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向配置され、それぞれの内面に
液晶駆動電極が形成された前面基板及び背面基板と、前
記前面基板と背面基板との間に挟持され、印加電圧に応
じて入射光の位相を変調する液晶層と、一方の電極基板
の外面に順に載置された位相差板及び偏光軸を有する偏
光板と、他方の電極基板上に形成された半透過半反射層
と、前記半透過半反射層より前記前面基板側に配置され
たカラーフィルタ層と、前記他方の電極基板の背面に配
置された背面光源と、前記半透過半反射層と前記背面光
源との間に配置され、前記カラーフィルタ層の分光透過
率特性のピーク波長間の波長光を選択的に反射するコレ
ステリック液晶層とを具備することを特徴とする液晶表
示素子。
【請求項２】前記位相差板の遅相軸が前記偏光板前面
側からみたとき前記偏光軸から所定方向に概略４５°を
なすように前記位相差板が配置されていることを特徴と
する請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記半透過半反射層は、入射光の第一円
偏光成分を反射し前記第一円偏光成分と逆回りの第二円
偏光成分を透過する選択反射層であることを特徴とする
請求項２記載の液晶表示素子。
【請求項４】前記選択反射層は、コレステリック液晶
であることを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子。
【請求項５】前記選択反射層のコレステリック液晶の
捩じれ方向が、前記偏光軸から前記遅相軸への回転方向
と逆方向であることを特徴とする請求項４記載の液晶表
示素子。
【請求項６】前記選択反射層のコレステリック液晶の
捩じれ方向と前記選択反射層と前記背面光源との間に配
置されたコレステリック液晶層の捩じれ方向が同一方向
であることを特徴とする請求項５記載の液晶表示素子。
【請求項７】前記選択反射層のコレステリック液晶の
捩じれ方向と前記選択反射層と前記背面光源との間に配
置されたコレステリック液晶層の捩じれ方向が互いに逆
方向であることを特徴とする請求項５記載の液晶表示素
子。
【請求項８】前記選択反射層のコレステリック液晶
は、その螺旋ピッチと平均屈折率の積が可視光波長に相
当する値の間で連続的に変化するように形成され、前記
選択反射層と前記背面光源との間に配置されたコレステ
リック液晶層は、その螺旋ピッチと平均屈折率の積が可
視光波長に相当する値の間で非連続的に変化するように
形成されていることを特徴とする請求項４記載の液晶表
示素子。