JP2002098954A

JP2002098954A - 半透過反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2002098954A
Application number: JP2001201522A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kaneko; 金子　　靖
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2002-04-05
Also published as: US20020145689A1; US6825902B2

Abstract

(57)【要約】【課題】偏光板を１枚しか設けない単偏光板方式の液
晶表示装置において、外光による反射表示と、バックラ
イト照明による透過表示が可能で、かつ、表示ムラや配
向不良欠陥が少ない半透過反射型液晶表示装置を提供す
ることである。【解決手段】第１の偏光板１１と、第１の光学補償素
子と、透明部９を設けた半透過反射層７を内在した液晶
素子２０と、第２の光学補償素子と、第２の偏光板１７
と、バックライト１６とからなる半透過反射型液晶表示
装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置の構成
に関し、特に液晶素子内部の反射板と１枚の偏光板で構
成し、明るい白黒表示やカラー表示を実現する、単偏光
板方式の反射型液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、反射型液晶表示装置は、一対の偏
光板と、一方の偏光板の外側に配置した反射層の間に、
ＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶素子や、ＳＴＮ
（スーパーツイステッドネマチック）液晶素子を設けた
反射型液晶表示装置が主に用いられている。しかし、こ
の方式では明るさが低く、さらに、反射層がガラス基板
の外側にあるので、表示に影が生じるという問題があ
る。

【０００３】上記の対策として、偏光板１枚で表示が可
能な単偏光板方式の反射型液晶表示装置が提案されてい
る。偏光板が１枚であるので、従来の偏光板を２枚用い
る反射型液晶表示装置より、明るさを改善することがで
きる。また、単偏光板方式液晶表示装置では、反射層を
液晶表示素子内部に形成することで、表示の影の問題も
解決することが可能である。

【０００４】この単偏光板方式液晶表示装置は、１枚の
偏光板と、１枚の位相差板と、反射層を内在した液晶素
子とから構成され、例えば特開平４−９７１２１号公報
に開示されている。また、位相差板の代わりに、液晶層
のねじれ方向と逆方向にねじれた構造を持つ光学補償素
子を用いた、単偏光板方式液晶表示装置も開示されてお
り、例えば特開平１０−１２３５０５号公報に開示され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
の単偏光板方式液晶表示装置において、反射層は光を透
過しないので、バックライトを設けることができず、外
光が弱い場所や夜間には表示を見ることができなかっ
た。

【０００６】そこで、反射層として、薄膜アルミニウム
を蒸着やスパッタ法で膜厚が０．０１〜０．０３μｍと
非常に薄く成膜し、ハーフミラー化した半透過反射層を
用いたり、反射層に画素毎の開口部をフォトエッチング
により設けた半透過反射層を用い、外光が弱い場所や夜
間にはバックライトの光で表示を行う半透過反射型液晶
表示装置が開発されている。

【０００７】しかし、薄膜金属を用いたハーフミラーの
場合は、半透過反射層の膜厚による透過率変化が激し
く、生産時の透過率のバラツキと反射率バラツキが大き
くなるために、液晶表示装置の明るさや、バックライト
の輝度が大きく変動する欠点がある。

【０００８】反射層に画素毎の開口部を設けた液晶表示
装置は、例えば特開平１０−２８２４８８号公報に開示
されているが、反射層に開口部を設ける方式の場合は、
液晶素子のすきまであるセルギャップが、開口部と非開
口部で反射層の厚さである０．１〜０．２μｍ異なるた
めに、セルギャップの制御が難しく、セルギャップを厳
しく制御するＳＴＮ（スーパーツイストネマチック）液
晶素子では、表示ムラが発生しやすい。

【０００９】さらに、ＳＴＮ液晶素子では、セルギャッ
プの差やラビング工程のムラにより、配向不良や、駆動
中に発生するドメインが発生し、生産性が低下する。

【００１０】本発明の目的は、前記従来技術の課題を解
決し、外光による反射表示と、バックライト照明による
透過表示が可能で、かつ、表示ムラや配向不良欠陥が少
ない単偏光板方式の半透過反射型液晶表示装置を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半透過反射型液晶表示装置は、陽極酸化処
理で形成した透明部を設けた半透過反射層を、一対の基
板間に液晶を狭持した液晶素子の内部に備えたことを特
徴とする。

【００１２】また、本発明による半透過反射型液晶表示
装置は、陽極酸化処理で形成した透明部を設けた半透過
反射層と第１の電極とを有する第１の基板と、第２の電
極を有する第２の基板との間に、ツイスト配向している
ネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、前記第２の
基板の外側に設ける第１の光学補償素子と、第１の偏光
板と、前記第１の基板の外側に設ける第２の光学補償素
子と、第２の偏光板と、第２の偏光板の外側に設けるバ
ックライトを備えることを特徴とする。

【００１３】また、好ましくはツイスト角が１８０〜２
６０゜に配向しているネマチック液晶を狭持してなる液
晶素子を使用する。または、第２の基板の外側に散乱層
を設けても良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を実施
するための最良な半透過反射型液晶表示装置の構成と作
用を説明する。図１は、本発明の液晶表示装置の構成を
示す断面図であり、図２は本発明の液晶表示装置の画素
部分を拡大した平面図であり、図３は本発明の液晶表示
装置に用いる基板の断面図であり、図４は、従来の液晶
表示装置に用いる基板の断面図である。

【００１５】従来の液晶表示装置に用いている第１の基
板は半透過反射層７を備え、図４に示すように、第１の
電極と第２の電極が交差するところの画素部には開口部
２９を設け、開口部２９には半透過反射層を形成してい
なかった。一般に半透過反射層７の厚さは、０．１〜
０．２μｍもあり、保護膜８で平坦化処理を行っても、
表面に０．０５μｍ以上の段差が残ってしまっていた。
この段差により、第１の基板１と第２の基板２のすきま
であるセルギャップは、開口部２９と非開口部で０．０
５μｍ以上の差が発生してしまい、その結果、表示ムラ
や、ひどい場合は、配向不良までも発生してしまい、表
示品位を著しく低下させる場合があった。また、ツイス
ト角が１８０゜〜２６０゜のＳＴＮ液晶素子を用いる場
合、このセルギャップの差により、駆動電圧を印加中に
ＳＴＮ液晶特有の誘起ドメインによる配向不良が発生す
る場合もあった。

【００１６】そこで、本発明の液晶表示装置に用いてい
る第１の基板は、図３に示すように、半透過反射層７に
透明部９を設けてあり、バックライトから出た光は、こ
の透明部９を透過する。この透明部９は、半透過反射層
７の材料であるアルミニウムを陽極酸化処理して形成す
ることで、ほぼ同じ厚さとなり、保護膜８で平坦化処理
を行うと、表面は完全に平坦となる。このように半透過
反射層７の透明部９と非透明部３０に段差が生じないた
め、表示ムラや配向不良は発生せず、良好な画質が得ら
れ、外光を用いる反射表示と、外光が少ない環境ではバ
ックライトを点灯することで、良好なコントラストの表
示が得られる単偏光板方式の半透過反射型液晶表示装置
を提供できる。

【００１７】本発明の半透過反射型液晶表示装置は、こ
の透明部を設けた半透過反射層を液晶素子の内部に備え
ることを特徴としている。図１に示すように、液晶素子
は半透過反射層７と透明部９とその上に保護膜８を備
え、さらに第１の電極３が形成されている第１の基板１
と、第２の電極４が形成されている第２の基板２と、第
１の基板１と第２の基板２を張り合わせるシール材５
と、第１の基板１と第２の基板２に狭持されているツイ
スト配向しているネマチック液晶６とを有している。

【００１８】さらに本発明の液晶表示装置は、図１に示
すように、液晶素子２０の上側に設けた第１の光学補償
素子として、ねじれ位相差板１２と第１の位相差板１３
と第２の位相差板１４と、第１の偏光板１１と、液晶素
子２０の下側に設けた第２の光学補償素子として、第３
の位相差板１８と、第２の偏光板１７と、バックライト
１６等で構成することができる。また、第２の基板側に
は散乱層１５を設けても良い。

【００１９】図２に示したように、第１の電極３と第２
の電極４の交差した部分が画素となる。画素の中央部分
に、陽極酸化処理で形成した長方形の透明部９を設けて
あり、半透過反射層７の非透明部３０がその周囲を囲む
ように形成されている。この透明部９の面積が大きいほ
ど、バックライト点灯時の明るさは明るいが、逆に、反
射時の表示が暗くなってしまう。透過部９の面積比率が
いろいろな半透過反射層７を試作し、画像評価したとこ
ろ、透過部９の面積比率は５〜３０％が良く、さらに好
ましくは、１０〜２５％であった。例えば、透明部の面
積を２０％とすると、この液晶素子は２０％程度の光を
透過し、残りの８０％の光を反射することになる。

【００２０】このように構成した液晶表示装置は、半透
過反射型と呼ばれ、外光を用いた反射表示と、バックラ
イト１６を用いた透過表示の両方が可能である。まず、
反射表示について説明する。外光は第１の偏光板１１か
ら入射し、直線偏光になり、第１の第１の光学補償素子
として、ねじれ位相差板１２と第１の位相差板１３と第
２の位相差板１４と、液晶層６を透過した状態では、円
偏光となるように構成してある。そして、半透過反射層
７で反射し、位相が１８０゜変化し、逆回転の円偏光と
なって反射する。再度、液晶層６と、ねじれ位相差板１
２と第１の位相差板１３と第２の位相差板１４と透過す
ることで、入射光とは９０゜回転した直線偏光となり、
黒表示となる。

【００２１】液晶層に電圧を印加し、液晶分子が立ち、
液晶層６の複屈折性が波長／４相当小さくなると、液晶
層６と第１の光学補償素子との合計した位相差がほぼ無
くなる。第１の偏光板１１から入った直線偏光は、直線
偏光の状態で半透過反射層７に到達し、そのまま、再
度、液晶層６と、ねじれ位相差板１２と第１の位相差板
１３と第２の位相差板１４からなる第１の光学補償素子
を透過すると、入射光と同一方向の直線偏光となり、白
表示となる。

【００２２】つぎに、バックライトを用いた透過表示に
ついて説明する。第３の位相差板１８の位相差値は、ね
じれ位相差板１２と第１の位相差板１３と第２の位相差
板１４と液晶層６とで得られる合計の位相差値と、ほぼ
等しくなるようにしてあり、かつ、位相差値が引き算さ
れる角度に配置してある。つまり、第３の位相差板１８
から第２の位相差板１４までの合計した位相差値は、ほ
ぼゼロである。

【００２３】バックライト１６から出た光は、第２の偏
光板１７を通過し直線偏光となり、第３の位相差板１８
を透過し、半透過反射層７の透明部９を透過する。第３
の位相差板１８から第２の位相差板１４までを通過して
も、まったく位相差値を持たないので、そのままの状態
で、第１の偏光板１１に到達する。第１の偏光板１１と
第２の偏光板１７の配置角度を直交してあると、バック
ライト１６から出た光を遮断し、黒表示となる。

【００２４】液晶層に電圧を印加し、液晶分子が立つ
と、第３の位相差板１８から第２の位相差板１４までの
間で、位相差値を持つようなる。第２の偏光板１７から
入った直線偏光は、第１の偏光板１１に楕円偏光となっ
て到達し、白表示となる。

【００２５】

【実施例】（実施例１：図１、図２、図３、図５、図
６、図７）以下、本発明の液晶表示装置の実施例を用い
て、本発明の構成と効果を説明する。まずはじめに、本
実施例における液晶表示装置の構成を、図面を用いて説
明する。図１は本実施例における液晶表示装置の構成要
素を説明するための断面図で、図２は画素部を拡大した
平面図で、図６と図７は構成要素の配置関係示す平面図
で、図３、図５は第１の基板を拡大した断面図である。
以下、図面を用いて、本発明の半透過反射型液晶表示装
置の構成を説明する。

【００２６】本実施例の液晶表示装置は、図１に示すよ
うに、液晶素子２０と、液晶素子２０の上側に第１の光
学補償素子として、ねじれ位相差板１２と第１の位相差
板１３と第２の位相差板１４と、第１の光学補償素子の
上側に設けた第１の偏光板１１と、液晶素子２０の下側
に設けた、第２の光学補償素子として第３の位相差板１
８と、第２の偏光板１７と、バックライト１６により構
成した。

【００２７】第１の偏光板１１と第２の位相差板１４と
第１の位相差板１３とねじれ位相差板１２は、アクリル
系粘着剤で一体化してあり、液晶素子２０とも、アクリ
ル系粘着剤で貼り付けてある。また、第２の偏光板１７
と第３の位相差板１８は、アクリル系粘着剤で一体化し
てあり、液晶素子２０とも、アクリル系粘着剤で貼り付
けた。

【００２８】液晶素子２０は、アルミニウムからなる厚
さ０．１μｍの散乱性を持たせた半透過反射層７と、ア
クリル系材料からなる厚さ２μｍの保護膜８と、透明電
極材料であるＩＴＯで形成した第１の電極３を備える厚
さ０．５ｍｍのガラス板である第１の基板１と、ＩＴＯ
からなる第２の電極４が形成されている厚さ０．５ｍｍ
のガラス板からなる第２の基板２と、第１の基板１と第
２の基板２を張り合わせるシール材５と、第１の基板１
と第２の基板２とに狭持されている、左回り２４０゜ツ
イスト配向のネマチック液晶６とで構成した。

【００２９】図２に示したように、第１の電極３と第２
の電極４の交差した部分が画素となり、画素上に半透過
反射層７を形成した。半透過反射層７には、画素の中央
部になるように、長方形の透明部９を形成した。また半
透過反射層７の非透過部３０の表面に、数μｍから数十
μｍピッチの凸凹を設け、散乱反射層とした。この散乱
反射層を用いた半透過反射層７は、散乱に依存する文字
ボケがほとんどなく良好な表示を得られる。

【００３０】この透明部９の製造方法を以下記載する。
凹凸処理を施した第１の基板１に、厚さ０．１μｍのア
ルミニウムをスパッタ法で形成した。その上にフォトレ
ジストを塗布し、乾燥させた。フォトマスクを用いて露
光、現像処理により、フォトレジストに透明部を形成す
るための開口部を設け、そして、リン酸アンモニウム希
薄溶液中で、５０〜１００Ｖで陽極酸化処理を行い、フ
ォトレジストの開口部だけが陽極酸化されて透明な酸化
アルミニウムとした。この時、アルミニウムが０．２μ
ｍより厚くなると、陽極酸化で完全に透明膜とするのに
時間がかかってしまうため、半透過反射層とするアルミ
ニウム膜は０．２μｍ以下とするのが好ましい。

【００３１】その後、図２および図５に示すように、フ
ォトレジストを取り去ると、長方形の透明部９が形成さ
れた半透過反射層７となる。図３に示すように、酸化ア
ルミニウムである透明部９は他の非透過部３０に比べ、
酸素が増加している分、若干だが膜厚が厚くなってい
る。しかし、その上に保護膜を形成すれば、ほとんど段
差は生じない。図３に示すように、保護膜８を形成し
て、半透過反射層７として液晶表示装置としても構わな
いが、その後、図５に示すように、アルミニウム表面を
保護するために、再度１０〜２０Ｖの低電圧で陽極酸化
処理を行い、透明部９以外の部分、つまり非透過部３０
の上にも、薄い酸化膜３１を形成してもよい。また本実
施例では、透明部９の面積を２０％にしたので、反射時
でも明るく、かつ、バックライトを用いた透過時でも、
良好な画質が得られた。

【００３２】ねじれ位相差板１２はねじれ構造を持つ液
晶性高分子ポリマーを、トリアセチルセルロース（ＴＡ
Ｃ）フィルムやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
フィルムに配向処理してから塗布し、１５０゜Ｃ程度の
高温で、液晶状態にして、ツイスト角を調整後、室温ま
で急冷して、そのねじれ状態を固定化したフィルムを用
いた。

【００３３】あるいは、配向用フィルムに配向処理を施
し、液晶性高分子ポリマーを塗布し、ねじれ状態を固定
後、別に用意したＴＡＣフィルムに、液晶性高分子ポリ
マーを配向用フィルムから転写して形成したフィルムを
用いても構わない。本実施例では、ツイスト角Ｔｃ＝−
２４０゜で、複屈折性を示すΔｎｄ値Ｒｃ＝０．８０μ
ｍの右回りのねじれ位相差板１２を用いた。

【００３４】第１の偏光板１１は、なるべく明るく、か
つ、偏光度が高いことが好ましく、本実施例では、透過
率４５％で偏光度９９．９％の材料を使用した。第１の
偏光板１１の表面に、屈折率の異なる無機薄膜を、真空
蒸着法やスパッタ法で数層コートした反射率が０．５％
程度の無反射層を設けることで、第１の偏光板１１の表
面反射が低下することで透過率が改善し、明るくなり、
また、黒レベルが低下することでコントラストも改善
し、さらに好ましい。

【００３５】第１の位相差板１３は、ポリカーボネート
（ＰＣ）を延伸した厚さ約７０μｍの透明フィルムで、
波長０．５５μｍの位相差値Ｆ１＝０．１４μｍで、１
／４波長相当である。第２の位相差板１４も、ポリカー
ボネートを延伸した厚さ約７０μｍの透明フィルムで、
波長０．５５μｍの位相差値Ｆ２＝０．２８μｍで、１
／２波長相当に設定する。

【００３６】第３の位相差板１８は、ポリカーボネート
を延伸した厚さ約７０μで波長０．５５μの位相差値Ｆ
３＝０．１４μｍで、１／４波長板となっている。第２
の偏光板１７は、偏光度が高いことが重要で、透過率４
４％で偏光度９９．９９％の材料を使用した。

【００３７】バックライト１６は、導光板に蛍光灯やＬ
ＥＤを取り付けたものや、エレクトロルミネッセンス
（ＥＬ）板などを用いることが可能であるが、本実施例
では厚さが約１ｍｍで、発光色が白色のＥＬ板を用い
た。

【００３８】つぎに、各構成部材の配置関係を図６と図
７を用いて説明する。図６は、液晶素子２０と液晶素子
２０の下側に配置する構成部材の配置関係を示し、図７
は、液晶素子２０の上側に配置する構成部材の配置関係
を示す。第１の電極３と第２の電極４の表面には配向膜
（図示せず）を形成し、図６に示すように、第１の基板
１は、水平軸Ｈに対して、右上がり３０方向にラビング
処理することで、下液晶分子配向方向６ａは＋３０゜と
なり、第２の基板２は右下がり３０゜方向にラビング処
理することで上液晶分子配向方向６ｂは−３０゜とな
る。粘度２０ｃｐのネマチック液晶には、カイラル材と
呼ぶ旋回性物質を添加し、ねじれピッチＰを１１μｍに
調整し、左回りでツイスト角Ｔｓ＝２４０゜ツイストの
ＳＴＮモードの液晶素子２０を形成した。

【００３９】使用するネマチック液晶６の複屈折差Δｎ
は０．１５で、第１の基板１と第２の基板２のすきまで
あるセルギャップｄは５．６μｍとした。したがって、
ネマチック液晶６の複屈折差Δｎとセルギャップｄとの
積で表す、液晶素子２０の複屈折性を示すΔｎｄ値Ｒｓ
＝０．８４μｍであった。

【００４０】第１の偏光板の透過軸１１ａは、図７に示
すように、水平軸Ｈを基準にして、４５゜に配置する。
ねじれ位相差板１２の下分子配向方向１２ａは、水平軸
Ｈを基準にして＋６０゜に配置し、上分子配向方向１２
ｂは、−６０゜に配置し、右回りでツイスト角Ｔｃ＝２
４０゜になり、ツイスト角の絶対値の差ΔＴ＝Ｔｓ−Ｔ
ｃ＝０゜であり、複屈折性の差ΔＲ＝Ｒｓ−Ｒｃ＝０．
０４μｍとほぼ等しくなっている。

【００４１】第１の位相差板の遅相軸１３ａは水平軸Ｈ
に対して−３０゜に配置され、第２の位相差板の遅相軸
１４ａは水平軸Ｈに対して＋３０゜に配置されている。
このように２枚の位相差板を交差角６０゜に配置するこ
とで、波長０．５５μｍにおける２枚の位相差板によっ
て合成される位相差値は０．１４μｍとなり、短波長の
位相差値は０．１４より小さく、長波長の位相差値は
０．１４より大きくなり、その結果、全ての波長領域で
位相差値／波長＝１／４となる、いわゆる広帯域１／４
波長板を構成し、その実質的な光学軸は、水平軸Ｈの方
向となる。

【００４２】液晶素子２０の下側に配置した、第３の位
相差板の遅相軸１８ａは、図６に示したように、水平軸
Ｈに対して直交した位置に配置し、第２の偏光板１７の
透過軸１７ａは水平軸Ｈに対して−４５゜に配置し、第
１の偏光板１１の透過軸１１ａと直交させた。

【００４３】本実施例の液晶表示装置の反射時と透過時
の動作原理については、既に説明したので省略する。つ
ぎに、透明部９の効果について、再度、簡単に説明す
る。本実施例の液晶表示装置に用いている第１の基板
は、図５に示すように、半透過反射層７に透明部９を設
けてあり、この透明部９は、半透過反射層７の材料であ
るアルミニウムを陽極酸化処理して形成した酸化アルミ
ニウムであり、半透過反射層とほぼ同じ厚さとなってお
り、保護膜８で平坦化処理を行うと、表面は完全に平坦
となった。そのため、液晶素子２０のセルギャップは、
均一となり、従来の開口部を設けた液晶表示装置で発生
していた表示ムラや配向不良は発生せず、良好な画質が
得られた。

【００４４】このように、第１の偏光板１１と第１の光
学補償素子と、透明部９を設けた半透過反射層７を内在
した液晶素子２０により、外光を用いる反射表示におい
ては、良好なコントラストの表示が可能であり、液晶素
子２０の下側に第２の光学補償素子と第２の偏光板１７
とバックライト１６を備えることで、外光が少ない環境
ではバックライト１６を点灯することで、良好な透過表
示が得られ、さらに、表示ムラが少なく、配向不良が発
生しにくい単偏光板方式の半透過反射型液晶表示装置を
提供できた。

【００４５】本実施例では、液晶素子２０として、２４
０゜ツイストのＳＴＮモードの液晶素子を用いたが、ツ
イスト角が９０゜前後のＴＮ液晶素子でも、同様な半透
過反射型液晶表示装置が提供することが可能である。Ｔ
Ｎ液晶素子を用いて、大画面表示を行う場合には、ＴＦ
ＴやＭＩＭのアクティブ素子を内在したアクティブマト
リクス反射型液晶表示装置とすることが好ましい。

【００４６】本実施例では、ねじれ位相差板１２とし
て、室温ではねじれ状態が固定化している液晶性ポリマ
ーフィルムを用いたが、液晶分子の１部を鎖状のポリマ
ー分子に結合しただけの、温度によりＲｃが変化する温
度補償型ねじれ位相差板を用いると、高温や低温での明
るさやコントラストが改善し、より良好な半透過反射型
液晶表示装置が得られる。

【００４７】本実施例では、半透過反射層７として、ア
ルミニウム薄膜を用いたが、アルミニウム合金や銀の薄
膜や、反射率を改善するためや表面を保護するために、
透明部を形成後、アルミニウムの表面に無機酸化物の多
層膜を用いることも可能である。

【００４８】本実施例では、半透過反射層７を、第１の
電極３とは別に形成したが、第１の電極をアルミニウム
や銀等の金属薄膜で形成することで、半透過反射層７と
兼用した反射電極とすることで、構造を単純化すること
も可能である。また、表示に影は発生するが、半透過反
射層７を第１の基板１の外側に配置しても、同じような
効果は得られる。

【００４９】本実施例では、凸凹処理を施した第１の基
板１を用いて、散乱性を持たせた半透過反射層７を形成
したが、第１の基板１の上にフォトエッチングが可能な
保護膜を塗布し、フォトエッチングにより所望の形状と
して、その上にアルミニウムを形成することで、散乱性
を持たせた半透過反射層７を形成することも可能であ
る。また、半透過反射層７の上に直接、微粒子を混合し
た保護膜を塗布することでも同じような効果が得られ
る。

【００５０】（実施例２：図８，図９，図１０，図１
１）つぎに、本発明における実施例２の半透過反射型液
晶表示装置の構成について説明する。本実施例の液晶表
示装置は、第１の光学補償素子としてねじれ位相差板１
枚だけで構成していること、第２の基板の外側に散乱層
を備えること、第２の光学補償素子として第３の位相差
板と第４の位相差板を備えていること、カラーフィルタ
を備えることでカラー表示が可能となっていることが、
実施例１の構成と異なっている。

【００５１】本実施例における液晶表示装置の構成を、
図面を用いて説明する。図８は本実施例の液晶表示装置
の構成要素を説明するための断面図で、図９は画素部を
拡大した平面図で、図１０と図１１は構成要素の配置関
係示す平面図である。以下、図面を用いて、本発明の半
透過反射型液晶表示装置の構成を説明する。

【００５２】本実施例の半透過反射型液晶表示装置は、
図８に示すように、液晶素子２１と、液晶素子２１の上
側に設けた散乱層１５と、第１の光学補償素子としてね
じれ位相差板１２と、第１の偏光板１１と、液晶素子２
１の下側に設けた第２の光学補償素子としての第３の位
相差板１８と第４の位相差板１９と、第２の偏光板１７
と、バックライト１６により構成した。

【００５３】第１の偏光板１１とねじれ位相差板１２
は、アクリル系粘着剤で一体化してあり、散乱層１５と
して用いた散乱粘着層で液晶素子２１と貼り付けてあ
る。また、第３の位相差板１８と第４の位相差板１９と
第２の偏光板１７も、アクリル系粘着剤で一体化してあ
り、液晶素子２１ともアクリル系粘着剤で貼り付けた。

【００５４】液晶素子２１は、アルミニウムからなる厚
さ０．１μｍの半透過反射層７と、赤フィルタＲ、緑フ
ィルタＧ、青フィルタＢの３色からなる厚さ１μｍのカ
ラーフィルタ１０と、アクリル系材料からなる厚さ２μ
ｍの保護膜８と、ＩＴＯからなる厚さ０．３μｍの第１
の電極３とを形成した、厚さ０．５ｍｍのガラス板から
なる第１の基板１と、ＩＴＯからなる厚さ０．０５μｍ
の第２の電極４が形成されている厚さ０．５ｍｍのガラ
ス板からなる第２の基板２と、第１の基板１と第２の基
板２を張り合わせるシール材５と、第１の基板１と第２
の基板２とに狭持されている、左回り２４０゜ツイスト
配向のネマチック液晶６とで形成した。

【００５５】本実施例で用いた半透過反射層７は、第１
の基板に凹凸処理を施していないので、ミラー状であ
る。入射光が正反射してしまい、視認方向へ反射せず、
暗い表示となってしまうので、液晶素子２１の外側に散
乱層１５を設けてある。半透過反射層７は、陽極酸化処
理により形成した酸化アルミニウムからなる透明部９
を、図９に示したように、スリット状に形成した。この
透明部９の面積は、半透過反射層の２０％になるように
した。

【００５６】カラーフィルタ１０は、赤フィルタＲと、
緑フィルタＧと、青フィルタＢの３色で構成され、図９
に示すように、本実施例では、第２の電極４と平行にな
る縦ストライプ形状とした。各カラーフィルタの幅は、
第２の電極４の幅より広く形成し、すきまが生じないよ
うにしてある。カラーフィルタ１０の間にすきまが生じ
ると、入射光が増加し、明るくはなるが、表示色に白の
光が混色し、色純度が低下するので、好ましくない。

【００５７】カラーフィルタ１０は、明るさを改善する
ために、分光スペクトルにおける最大透過率がなるべく
高いことが好ましく、各色の最大透過率は８０％以上が
良く、９０％以上が最も好ましい。また、分光スペクト
ルにおける最小透過率も２０％〜５０％と高くする必要
がある。

【００５８】カラーフィルタ１０としては、顔料分散
型、染色型、印刷型、転写型、電着型などが使えるが、
アクリル系やＰＶＡ系の感光性樹脂に顔料を分散させた
顔料分散型が耐熱温度が高く、色純度も良いので、最も
好ましい。

【００５９】このような高透過率のカラーフィルタを得
るために、第１の基板１にアルミニウム薄膜の半透過反
射層７を形成し、半透過反射層７には陽極酸化処理で透
明部９を形成した後、洗浄工程等でアルミニウムを保護
するために、再度、非透過部３０を１０〜２０Ｖで陽極
酸化処理を行い、非透過部上にも薄い酸化アルミニウム
の酸化層を形成した。そして、感光性樹脂に顔料を１０
〜１５％配合したカラーレジストを、スピンナーを用い
て第１の基板１に塗布し、露光工程と現像工程を行い、
厚さが１μｍ程度でも、透過率が高いカラーフィルタ１
０を形成した。

【００６０】第１の偏光板１１と第２の偏光板１７は、
実施例１と同一の材料を用いた。ねじれ位相差板１２
は、ツイスト角Ｔｃ＝１８０゜で、Δｎｄ値Ｒｃ＝０．
６８μｍである。散乱層１５は、粘着剤に微粒子を混合
した散乱粘着層で、商品名ＥＤＡ−１を用いた。

【００６１】第３の位相差板１８は、実施例１と同様の
ものを使用し、位相差値Ｆ１＝０．１４μｍで、１／４
波長相当とし、第４の位相差板１９もＰＣを延伸した厚
さ約７０μｍの透明フィルムで、波長０．５５μｍの位
相差値Ｆ２＝０．２８μｍで、１／２波長相当に設定し
た。この２枚の位相差板を用いることで、実施例１で第
１の光学補償素子に用いた構成と同様に、広帯域１／４
波長板を構成している。

【００６２】バックライト１６は、実施例１と同じ白色
ＥＬを用いることも可能ではあるが、本実施例では、消
費電力低下と明るさを向上するために、導光板に白色Ｌ
ＥＤ（発光ダイオード）を取り付けたサイドライト方式
を用いた。

【００６３】つぎに、各構成部材の配置関係を図１０と
図１１を用いて説明する。図１０は、液晶素子２１と液
晶素子２１の下側に配置する構成部材の配置関係を示
し、図１１は、液晶素子２１の上側に配置する構成部材
の配置関係を示す。液晶素子２１の配置関係は、実施例
１と同一であるので、説明は省略する。

【００６４】使用するネマチック液晶６の複屈折差Δｎ
は０．１５で、第１の基板１と第２の基板２のすきまで
あるセルギャップｄは５．４μｍとする。したがって、
ネマチック液晶６の複屈折の差Δｎとセルギャップｄと
の積で、液晶素子２１の複屈折性を示すΔｎｄ値Ｒｓ＝
０．８１μｍで、ツイスト角Ｔｓ＝２４０゜と液晶素子
２１となる。

【００６５】第１の偏光板の透過軸１１ａは、図１１に
示すように、水平軸Ｈを基準にして−５５゜に配置す
る。ねじれ位相差板１２の下分子配向方向１２ａは、図
１１に示すように、水平軸Ｈを基準にして＋５５゜に配
置し、上分子配向方向１２ｂも＋５５゜に配置し、右回
りでツイスト角Ｔｃ＝１８０゜となり、ツイスト角の比
Ｔｃ／Ｔｓ＝０．７５であり、複屈折の差 ΔＲ＝Ｒｓ
−Ｒｃ＝０．１３μｍとなっている。

【００６６】第３の位相差板の遅相軸１８ａは、図１０
に示したように、水平軸Ｈを基準にして＋５０゜に、第
４の位相差板の遅相軸１９ａは、水平軸Ｈを基準にして
−７０゜に配置した。このように配置することで、２枚
の位相差板で、実質的な遅相軸が水平軸Ｈから８０゜の
位置にある広帯域１／４波長板となっている。第２の偏
光板の透過軸１７ａは、水平軸Ｈに対して３５゜の位置
に配置し、第１の偏光板の透過軸１１ａと直交してい
る。

【００６７】つぎに、本実施例の動作原理について、簡
単に説明する。まず、反射表示について説明する。実施
例１では、第１の光学補償素子として、ねじれ位相差板
と第１の位相差板と第２の位相差板を用いたが、本実施
例では、第１の光学補償素子としてねじれ位相差板１２
だけを用いている。しかし、ねじれ位相差板１２のツイ
スト角Ｔｃと、ねじれ位相差板１２のΔｎｄ値Ｒｃ、な
らびに配置角度を最適化したことで、ねじれ位相差板１
２と液晶層６を合成した複屈折性は１／４波長相当にな
り、実施例１と同様に、電圧無印加状態では完全な黒状
態が得られる。そして、電圧を印加したオン状態で白を
表示でき、良好なコントラストの表示が可能である。

【００６８】そして、表示画素のオンとオフを組み合わ
せることで、カラー表示が可能となる。例えば、赤フィ
ルタＲをオン（白）とし、緑フィルタＧと青フィルタＢ
をオフ（黒）とすることで、赤表示が可能となる。

【００６９】本実施例の半透過反射型表示装置は、反射
率が高く、かつ、コントラスト比が１０以上と高い値が
得られたので、バックライト１６が非点灯の反射表示で
も、彩度が高く、明るいカラー表示が得られた。

【００７０】つぎに、バックライト１６を点灯した透過
表示について説明する。バックライト１６から出た光
は、第２の偏光板１７により直線偏光となる。前述した
ように、第３の位相差板１８と第４の位相差板１９で合
成した実質的な遅相軸は水平軸Ｈに対して８０゜の位置
で、第２の偏光板の透過軸１７ａは３５゜であるので、
直線偏光は実質的な遅相軸に対して４５゜の角度に入射
して円偏光となる。半透過反射層７で、約８割は反射さ
れるが、残りの２割の光が透明部９を透過する。

【００７１】液晶素子２１に電圧を印加していない状態
では、ねじれ位相差板１２と液晶素子２１の合成した複
屈折性は１／４波長相当であり、第３の位相差板１８と
第４の位相差板１９で合成した位相差と同一で、かつ、
位相差値が減算する位置に配置してあるので、透明部９
を透過した光は、振動方向が同一の直線偏光に戻る。第
１の偏光板の透過軸１１ａを第２の偏光板の透過軸１７
ａとを直交して配置したので、透過光は遮断され、黒表
示となる。

【００７２】液晶層に電圧を印加し、液晶分子が立つ
と、第４の位相差板１９からねじれ位相差板１２までの
間で、位相差値を持つようなる。第２の偏光板１７から
入った直線偏光は、第１の偏光板１１に楕円偏光となっ
て到達し、白表示となる。

【００７３】つぎに、透明部９の効果について説明す
る。実施例１と同様に、従来の開口部を設けた半透過反
射層よりも、透明部を設けた半透過反射層の方が平坦性
が良好であるので、表示ムラが少なく、また、ＳＴＮ液
晶モードでの配向不良が発生しづらい。さらに、透明部
９をスリット状にしたことで、実施例１よりも透明部９
の幅を狭くすることができ、さらに平坦性が良くなっ
た。

【００７４】また、１画素の中において、画素周辺部
は、斜め電界により、コントラストが画素中央部よりも
多少低下する。実施例１の形状では、透過時のコントラ
ストは良好であるが、透明部９の面積が多くなると、反
射時のコントラストが低下した。しかし、実施例２のよ
うに、スリット形状とすることで、反射時のコントラス
ト低下を押さえることも可能であった。

【００７５】このように、第１の偏光板１１とねじれ位
相差板１２と散乱層１５と、透明部９を備えた半透過反
射層７とカラーフィルタ１０を内在した液晶素子２１に
より、外光を用いる反射表示においては、良好なコント
ラストのカラー表示が可能であり、液晶素子２１の下側
に第３の位相差板１８と、第４の位相差板１９と、第２
の偏光板１７と、バックライト１６とを備えることで、
外光が少ない環境ではバックライト１６を点灯し、良好
な透過表示が得られ、さらに、表示ムラが少なく、配向
不良等が発生しにくい単偏光板方式の半透過反射型液晶
表示装置を提供できた。

【００７６】本実施例では、第１の光学補償素子とし
て、ねじれ位相差板１２を用いたが、実施例１のよう
に、ねじれ位相差板と第１の位相差板と第２の位相差板
を用いることや、ねじれ位相差板は用いず、１枚あるい
は複数枚の位相差板を用いることも可能である。本実施
例と同一の構成で、第１の光学補償素子として位相差値
０．２μｍの位相差板と位相差値０．４μｍの位相差板
の２枚を用い、第１の偏光板の透過軸１１ａを水平軸Ｈ
に対して−５０゜に配置したところ、明るく、高コント
ラストの反射表示が得られた。

【００７７】本実施例では、第２の光学補償素子とし
て、第３の位相差板１８と第４の位相差板１９と第２の
偏光板１７とバックライト１６を設けたが、実施例１の
ように、第３の位相差板１８と第２の偏光板１７とバッ
クライト１６を設けることでも、透過表示のコントラス
トが多少低下するが、良好なカラー表示が得られる。

【００７８】また、本実施例では、カラーフィルタ１０
を第１の基板１に設けたが、第２の基板２の内側で、第
２の電極４と第２の基板２の間にカラーフィルタ１０を
形成することも可能である。しかし、カラーフィルタ１
０を第１の基板に設ける方が、保護膜８を、カラーフィ
ルタ１０の平坦化と、半透過反射膜７と第１の電極３と
の絶縁層を兼ねることが可能となり、好ましい。

【００７９】また、本実施例では、カラーフィルタ１０
として、赤緑青の３色を用いたが、シアン、イエロー、
マゼンタの３色のカラーフィルタを用いても、同じよう
に、明るいカラー表示が可能である。

【００８０】また、本実施例では、カラーフィルタ製造
工程の洗浄ラインに耐えるように、半透過反射層７の非
透明部上としてアルミニウム薄膜の表面を陽極酸化処理
で不活性化させたが、透明部を形成後、アルミニウム薄
膜上にＳｉＯ２等の透明な酸化膜をスパッタ法やＣＶＤ
法で形成することも可能である。

【００８１】また本実施例では、散乱層１５として、粘
着剤に微粒子を混合した散乱粘着層を用いたが、フィル
ムタイプの散乱層や、フォトポリマーを用いた散乱層を
用いることも可能である。さらに、本実施例では、散
乱層１５を液晶素子２１と、ねじれ位相差板１２との間
に備えたが、液晶素子２１と第１の偏光板１１の間のい
ずれにでも配置することは、可能である。しかし、液晶
素子２１になるべく近いところに配置する方が、文字ボ
ケが少なく、好ましい。

【００８２】また本実施例では、液晶素子２１の外側に
散乱層１５を用いたが、実施例１と同様に、散乱性を持
たせた半透過反射層を用いることで、散乱層がなくて
も、良好なカラー表示が得られる半透過反射型液晶表示
装置を提供できる。

【００８３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、第１の偏光板と第１の光学補償素子と透明部
を設けた半透過反射層を内在した液晶素子と、第２の光
学補償素子と第２の偏光板とバックライトを備えること
で、外光による反射表示と、バックライト照明による透
過表示が可能で、かつ、表示ムラや配向不良欠陥が少な
い単偏光板方式の半透過反射型液晶表示装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における半透過反射型液晶表
示装置の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１における半透過反射型液晶表
示装置の画素部を拡大した平面図である。

【図３】本発明の半透過反射型液晶表示装置に用いる第
１の基板の断面図である。

【図４】従来の半透過反射型液晶液晶表示装置に用いる
第１の基板の断面図である。

【図５】本発明の半透過反射型液晶表示装置に用いる第
１の基板の断面図である。

【図６】本発明の実施例１における半透過反射型液晶表
示装置の配置関係を示す平面図である。

【図７】本発明の実施例１における半透過反射型液晶表
示装置の配置関係を示す平面図である。

【図８】本発明の実施例２における半透過反射型液晶表
示装置の構成を示す断面図である。

【図９】本発明の実施例２における半透過反射型液晶表
示装置の画素部を拡大した平面図である。

【図１０】本発明の実施例２における半透過反射型液晶
表示装置の配置関係を示す平面図である。

【図１１】本発明の実施例２における半透過反射型液晶
表示装置の配置関係を示す平面図である。

【符号の説明】

１第１の基板２第２の基板３第１の電極４第２の電極５シール材６ネマチック液晶６ａ下液晶分子配向方向６ｂ上液晶分子配向方向７半透過反射層８保護膜９透明部１０カラーフィルタ１１第１の偏光板１１ａ第１の偏光板の透過軸１２ねじれ位相差板１２ａねじれ位相差板の下分子配向方向１２ｂねじれ位相差板の上分子配向方向１３第１の位相差板１３ａ第１の位相差板の遅相軸１４第２の位相差板１４ａ第２の位相差板の遅相軸１５散乱層１６バックライト１７第２の偏光板１７ａ第２の偏光板の透過軸１８第３の位相差板１８ａ第３の位相差板の遅相軸１９第４の位相差板１９ａ第４の位相差板の遅相軸２０、２１液晶素子２９開口部３０非透明部Ｒ赤フィルタＧ緑フィルタＢ青フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｆ 9/35 Ｇ０９Ｆ 9/35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板と第２の基板間に液晶を狭持
した液晶素子を備え、該液晶素子には、陽極酸化処理で
形成した透明部を有する半透過反射層を備えたことを特
徴とする半透過反射型液晶表示装置。
【請求項２】前記第１の基板には前記半透過反射層と
第１の電極とを有し、前記第２の基板には第２の電極を
有し、前記液晶はツイスト配向しているネマチック液晶
であり、前記第２の基板の外側には、第１の光学補償素
子と第１の偏光板とを備え、前記第１の基板の外側に
は、第２の光学補償素子と第２の偏光板と、該第２の偏
光板の外側に設けるバックライトとを備えることを特徴
とする請求項１に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項３】ツイスト角が１８０〜２６０゜に配向し
ているネマチック液晶を用いることを特徴とする請求項
２に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項４】第２の基板の外側には散乱層が備えてあ
ることを特徴とする請求項２に記載の半透過反射型液晶
表示装置。
【請求項５】前記第１の光学補償素子として、１枚あ
るいは複数枚の位相差板を用いることを特徴とする請求
項２に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項６】前記第１の光学補償素子として、ねじれ
位相差板を用いることを特徴とする請求項２に記載の半
透過反射型液晶表示装置。
【請求項７】前記第１の光学補償素子として、ねじれ
位相差板と、１枚あるいは複数枚の位相差板を用いるこ
とを特徴とする請求項２に記載の半透過反射型液晶表示
装置。
【請求項８】前記第１の基板と前記第２の基板のどち
らか１方の基板に複数色のカラーフィルタを設けたこと
を特徴とする請求項２に記載の半透過反射型液晶表示装
置。
【請求項９】前記半透過反射層の非透明部に、陽極酸
化処理で形成した酸化膜を備えていることを特徴とする
請求項１に記載の半透過反射型液晶表示装置。
【請求項１０】前記液晶素子は複数の画素を有し、前
記半透過反射層に設けた透明部を、該画素毎に設け、そ
の透明部の非透明部に対する比率を５〜３０％に設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の半透過反射型液晶表
示装置。
【請求項１１】前記液晶素子は複数の画素を有し、前
記半透過反射層に設けた透明部を、複数の画素に対して
連続したスリット状に設け、その透明部の非透明部に対
する比率を５〜３０％に設けたことを特徴とする請求項
１に記載の半透過反射型液晶表示装置。