JP2002169021A - 偏光反射素子、これを備えた液晶表示素子、および偏光反射素子の製造方法 - Google Patents
偏光反射素子、これを備えた液晶表示素子、および偏光反射素子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光の利用効率が高く、コントラストの高い偏光
反射素子、偏光反射素子を用いた液晶表示素子、偏光反
射素子の製造方法を提供する。 【解決手段】偏光反射素子８は、積層された複数のコレ
ステリック液晶層３ないし６を有し、各コレステリック
液晶層は、ポリマー化されているとともに、螺旋状の液
晶分子配列からなり、略法線方向に螺旋軸を有してい
る。液晶分子のねじれ角の面内平均値αは、ほぼｎπ
（ｎ＝１、２、３、・・・）である。コレステリック液
晶層は、各層の界面で液晶分子の向きが連続的につなが
り、全体として一つの滑らかな螺旋構造を形成してい
る。そして、半透過型の液晶表示素子においては、この
偏光反射素子を選択反射層として用いる。
反射素子、偏光反射素子を用いた液晶表示素子、偏光反
射素子の製造方法を提供する。 【解決手段】偏光反射素子８は、積層された複数のコレ
ステリック液晶層３ないし６を有し、各コレステリック
液晶層は、ポリマー化されているとともに、螺旋状の液
晶分子配列からなり、略法線方向に螺旋軸を有してい
る。液晶分子のねじれ角の面内平均値αは、ほぼｎπ
（ｎ＝１、２、３、・・・）である。コレステリック液
晶層は、各層の界面で液晶分子の向きが連続的につなが
り、全体として一つの滑らかな螺旋構造を形成してい
る。そして、半透過型の液晶表示素子においては、この
偏光反射素子を選択反射層として用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光反射素子、偏
光反射素子を用いた液晶表示素子、および偏光反射素子
の製造方法に関する。
光反射素子を用いた液晶表示素子、および偏光反射素子
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】一般に、螺旋状の分子配列を持ち、その螺
旋軸がほぼ法線方向に向いているようなコレステリック
液晶膜、或いはカイラルネマティック液晶膜は、円偏光
二色性を示すことが知られている。円偏光二色性とは、
膜に入射する光のうち特定波長の特定方向の円偏光を反
射し、また、反射された円偏光と逆方向の円偏光を透過
するような性質を言う。
旋軸がほぼ法線方向に向いているようなコレステリック
液晶膜、或いはカイラルネマティック液晶膜は、円偏光
二色性を示すことが知られている。円偏光二色性とは、
膜に入射する光のうち特定波長の特定方向の円偏光を反
射し、また、反射された円偏光と逆方向の円偏光を透過
するような性質を言う。
【０００３】上記円偏光二色性の反射および透過特性
は、用いる液晶の螺旋構造によって決定される。すなわ
ち、反射される円偏光の向きは、液晶の螺旋の向きと同
じであり、その波長は螺旋のピッチに依存する。また、
反射率および透過率は、液晶膜の厚みによって変わり、
厚ければ厚いほど、反射率が高くなる。
は、用いる液晶の螺旋構造によって決定される。すなわ
ち、反射される円偏光の向きは、液晶の螺旋の向きと同
じであり、その波長は螺旋のピッチに依存する。また、
反射率および透過率は、液晶膜の厚みによって変わり、
厚ければ厚いほど、反射率が高くなる。
【０００４】このような性質を利用して、液晶膜の螺旋
の向きやピッチ、および膜厚を制御することにより、様
々な偏光反射特性を有する偏光反射素子を得ることがで
きる。上記偏光反射素子は、円偏光を利用して表示を行
う透過型或いは半透過型の液晶表示素子に適用すること
ができるとともに、光源の利用効率を上げるための輝度
向上フィルムなどとして有用である。
の向きやピッチ、および膜厚を制御することにより、様
々な偏光反射特性を有する偏光反射素子を得ることがで
きる。上記偏光反射素子は、円偏光を利用して表示を行
う透過型或いは半透過型の液晶表示素子に適用すること
ができるとともに、光源の利用効率を上げるための輝度
向上フィルムなどとして有用である。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】このような目的で
使用される偏光反射素子は、その性質上、反射および透
過する光の円偏光度が重要となってくる。すなわち、反
射および透過する光に、所望の方向の円偏光と反対の方
向の円偏光が混じると、漏れ光となるため偏光反射素子
の機能を低下させてしまう。
使用される偏光反射素子は、その性質上、反射および透
過する光の円偏光度が重要となってくる。すなわち、反
射および透過する光に、所望の方向の円偏光と反対の方
向の円偏光が混じると、漏れ光となるため偏光反射素子
の機能を低下させてしまう。
【０００６】しかしながら、従来用いられている偏光反
射素子では、上記反射および透過する光の円偏光度が十
分に高くなっていない。そのため、偏光反射素子を液晶
表示素子に適用した場合には、漏れ光が多くなりコント
ラストが減少して液晶表示素子の表示品位が低下し、ま
た、輝度向上フィルムとして用いた場合には、光の利用
効率が低下してしまう。従って、偏光反射素子の機能が
十分に生かされない結果となっている。
射素子では、上記反射および透過する光の円偏光度が十
分に高くなっていない。そのため、偏光反射素子を液晶
表示素子に適用した場合には、漏れ光が多くなりコント
ラストが減少して液晶表示素子の表示品位が低下し、ま
た、輝度向上フィルムとして用いた場合には、光の利用
効率が低下してしまう。従って、偏光反射素子の機能が
十分に生かされない結果となっている。
【０００７】この発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、従来の問題点を解決し、反射および透
過する光の円偏光度を飛躍的に高め、高い光利用効率を
実現するための偏光反射素子、偏光反射素子を用いた液
晶表示素子、および偏光反射素子の製造方法を提供する
ことにある。
で、その目的は、従来の問題点を解決し、反射および透
過する光の円偏光度を飛躍的に高め、高い光利用効率を
実現するための偏光反射素子、偏光反射素子を用いた液
晶表示素子、および偏光反射素子の製造方法を提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る偏光反射素子は、 螺旋状の液晶分
子配列からなり、略法線方向に螺旋軸を有するポリマー
化されたコレステリック液晶層、カイラルネマティック
液晶層、あるいはカイラル液晶層の少なくともいずれか
１つの液晶層を備えた偏光反射素子において、液晶分子
のねじれ角の面内平均値αが、 ｎπ−０．０５π≦α≦ｎπ＋０．０５π （ｎ＝１、２、３、・・・） の範囲内にあることを特徴とする。
め、この発明に係る偏光反射素子は、 螺旋状の液晶分
子配列からなり、略法線方向に螺旋軸を有するポリマー
化されたコレステリック液晶層、カイラルネマティック
液晶層、あるいはカイラル液晶層の少なくともいずれか
１つの液晶層を備えた偏光反射素子において、液晶分子
のねじれ角の面内平均値αが、 ｎπ−０．０５π≦α≦ｎπ＋０．０５π （ｎ＝１、２、３、・・・） の範囲内にあることを特徴とする。
【０００９】また、この発明に係る偏光反射素子は、螺
旋ピッチの異なる上記液晶層を複数積層して形成され、
各液晶層の界面で液晶分子の向きが連続的につながり、
全体として一つの滑らかな螺旋構造を有していることを
特徴とする。
旋ピッチの異なる上記液晶層を複数積層して形成され、
各液晶層の界面で液晶分子の向きが連続的につながり、
全体として一つの滑らかな螺旋構造を有していることを
特徴とする。
【００１０】この場合においても、各液晶層の液晶分子
のねじれ角の平均値αは、それぞれｎπ−０．０５π≦
α≦ｎπ＋０．０５π（ｎ＝１、２、３、・・・）の範
囲内であることを特徴としている。
のねじれ角の平均値αは、それぞれｎπ−０．０５π≦
α≦ｎπ＋０．０５π（ｎ＝１、２、３、・・・）の範
囲内であることを特徴としている。
【００１１】上記のように構成された偏光反射素子にお
よれば、反射および透過する光の円偏光度を飛躍的に高
め、高い光利用効率を実現することが可能となる。
よれば、反射および透過する光の円偏光度を飛躍的に高
め、高い光利用効率を実現することが可能となる。
【００１２】また、この発明に係る偏光反射素子によれ
ば、入射光のうち、特定円偏光成分の光の一部を反射
し、上記特定円偏光成分の光のうち反射しなかった光お
よび上記特定円偏光成分以外の光のほとんど全てを透過
する機能を有していることを特徴としている。更に、発
明に係る偏光反射素子によれば、上記特定円偏光成分の
うち、反射される光と透過する光の割合は、５：５〜
９：１であることを特徴としている。
ば、入射光のうち、特定円偏光成分の光の一部を反射
し、上記特定円偏光成分の光のうち反射しなかった光お
よび上記特定円偏光成分以外の光のほとんど全てを透過
する機能を有していることを特徴としている。更に、発
明に係る偏光反射素子によれば、上記特定円偏光成分の
うち、反射される光と透過する光の割合は、５：５〜
９：１であることを特徴としている。
【００１３】一方、この発明に係る液晶表示素子は、第
１偏光板と、液晶セルと、第２偏光板と、上記第１偏光
板と第２偏光板との間に配置された偏光反射素子と、を
備えたことを特徴としている。更に、この発明に係る他
の半透過型の液晶表示素子は、第１偏光板と、液晶セル
と、第２偏光板と、背面光源と、上記第２偏光板と背面
光源との間に配置された偏光反射素子と、上記第２偏光
板と上記偏光反射素子との間に配置されたλ／４波長板
と、を備えたことを特徴としている。
１偏光板と、液晶セルと、第２偏光板と、上記第１偏光
板と第２偏光板との間に配置された偏光反射素子と、を
備えたことを特徴としている。更に、この発明に係る他
の半透過型の液晶表示素子は、第１偏光板と、液晶セル
と、第２偏光板と、背面光源と、上記第２偏光板と背面
光源との間に配置された偏光反射素子と、上記第２偏光
板と上記偏光反射素子との間に配置されたλ／４波長板
と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】上記のように構成された液晶表示素子によ
れば、光利用効率の高い上述の偏光反射素子を用いるこ
とにより、コントラスの高い優れた表示特性を実現する
ことが可能となる。
れば、光利用効率の高い上述の偏光反射素子を用いるこ
とにより、コントラスの高い優れた表示特性を実現する
ことが可能となる。
【００１５】また、この発明に係る偏光反射素子の製造
方法は、基板上に、配向膜を形成する工程と、上記配向
膜に液晶分子を面内１方向に制御する配向処理を施す工
程と、上記配向膜上に螺旋構造を有する液晶層を形成す
る工程と、上記液晶層の上面の液晶分子を上記配向膜の
配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、
を備えたことを特徴としている。
方法は、基板上に、配向膜を形成する工程と、上記配向
膜に液晶分子を面内１方向に制御する配向処理を施す工
程と、上記配向膜上に螺旋構造を有する液晶層を形成す
る工程と、上記液晶層の上面の液晶分子を上記配向膜の
配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、
を備えたことを特徴としている。
【００１６】更に、この発明に係る他の偏光反射素子の
製造方法は、基板上に第１配向膜を形成する工程と、上
記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御する配向
処理を施す工程と、上記第１配向膜上に螺旋構造を有す
る第１液晶層を形成する工程と、上記第１液晶層の上面
部を上記第１配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配
向固化させる工程と、上記第１液晶層の上に第２配向膜
を形成する工程と、上記第２配向膜に、上記第１配向膜
の配向処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上
記第２配向膜上に第２液晶層を形成する工程と、上記第
２液晶層の上面部を上記第１配向膜の配向処理方向とほ
ぼ同じ方向に配向固化させる工程と、を備えたことを特
徴としている。
製造方法は、基板上に第１配向膜を形成する工程と、上
記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御する配向
処理を施す工程と、上記第１配向膜上に螺旋構造を有す
る第１液晶層を形成する工程と、上記第１液晶層の上面
部を上記第１配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配
向固化させる工程と、上記第１液晶層の上に第２配向膜
を形成する工程と、上記第２配向膜に、上記第１配向膜
の配向処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上
記第２配向膜上に第２液晶層を形成する工程と、上記第
２液晶層の上面部を上記第１配向膜の配向処理方向とほ
ぼ同じ方向に配向固化させる工程と、を備えたことを特
徴としている。
【００１７】また、この発明に係る偏光反射素子の製造
方法は、第１基板上に第１配向膜を形成する工程と、上
記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御する配向
処理を施す工程と、第２基板上に第２配向膜を形成する
工程と、上記第２配向膜に上記第１配向膜の配向処理方
向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上記第１基板と
上記第２基板とをスペーサを介して貼り合せて第１セル
を作る工程と、上記第１セルに第１液晶を注入し固化さ
せる工程と、上記第２基板を剥離する工程と、を備えた
ことを特徴としている。
方法は、第１基板上に第１配向膜を形成する工程と、上
記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御する配向
処理を施す工程と、第２基板上に第２配向膜を形成する
工程と、上記第２配向膜に上記第１配向膜の配向処理方
向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上記第１基板と
上記第２基板とをスペーサを介して貼り合せて第１セル
を作る工程と、上記第１セルに第１液晶を注入し固化さ
せる工程と、上記第２基板を剥離する工程と、を備えた
ことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施の形態に係る偏光反射素子およびこの偏光反
射素子を備えた液晶表示素子について詳細に説明する。
図１に示すように、第１の実施の形態に係る偏光反射素
子８は、透明基板１と、透明基板１上に配置された配向
膜２と、配向膜２上に積層された複数のコレステリック
液晶層３、４、５、６と、を備えている。
発明の実施の形態に係る偏光反射素子およびこの偏光反
射素子を備えた液晶表示素子について詳細に説明する。
図１に示すように、第１の実施の形態に係る偏光反射素
子８は、透明基板１と、透明基板１上に配置された配向
膜２と、配向膜２上に積層された複数のコレステリック
液晶層３、４、５、６と、を備えている。
【００１９】この偏光反射素子８の製造方法は以下の通
りである。まず、透明基板１上にポリイミドを印刷し、
熱処理により固化させる。透明基板１としては、ここで
はガラス基板を用いたが、軽量化や耐衝撃性を求める場
合には、プラスティック基板を用いることもできる。ま
た、ポリイミドはコレステリック液晶を配向させるもの
であれば良く、ＴＦＴやＳＴＮ液晶プロセスで用いられ
る一般的なポリイミドを用いた。
りである。まず、透明基板１上にポリイミドを印刷し、
熱処理により固化させる。透明基板１としては、ここで
はガラス基板を用いたが、軽量化や耐衝撃性を求める場
合には、プラスティック基板を用いることもできる。ま
た、ポリイミドはコレステリック液晶を配向させるもの
であれば良く、ＴＦＴやＳＴＮ液晶プロセスで用いられ
る一般的なポリイミドを用いた。
【００２０】次に、形成されたポリイミド層にラビング
処理を施し、配向層２とする。なお、このような配向処
理の工程は、ラビング法以外に、制御方位と略等しい方
位の直線偏光を照射する光配向法、制御方位と直交する
方位、平行する方位の斜め方位から無機材料を蒸着する
斜方蒸着法などの工程を用いることもできる。
処理を施し、配向層２とする。なお、このような配向処
理の工程は、ラビング法以外に、制御方位と略等しい方
位の直線偏光を照射する光配向法、制御方位と直交する
方位、平行する方位の斜め方位から無機材料を蒸着する
斜方蒸着法などの工程を用いることもできる。
【００２１】続いて、配向層２の上に、コレステリック
液晶層３をスピンコート法あるいは印刷法などにより塗
布し、熱処理により固化しポリマー化する。熱処理に際
しては、配向層２のラビング方向と同じ方向に窒素ガス
を吹き付けながら、徐々に熱を加えていく。これによ
り、コレステリック液晶層３の上面部、つまり、最上部
の液晶分子は、配向層２のラビング方向、すなわちコレ
ステリック液晶層３の最下部の液晶分子と同じ方向を向
くことになる。従って、螺旋状の液晶分子配列からな
り、略法線方向に螺旋軸を有するポリマー化されたコレ
ステリック液晶層３が形成される。
液晶層３をスピンコート法あるいは印刷法などにより塗
布し、熱処理により固化しポリマー化する。熱処理に際
しては、配向層２のラビング方向と同じ方向に窒素ガス
を吹き付けながら、徐々に熱を加えていく。これによ
り、コレステリック液晶層３の上面部、つまり、最上部
の液晶分子は、配向層２のラビング方向、すなわちコレ
ステリック液晶層３の最下部の液晶分子と同じ方向を向
くことになる。従って、螺旋状の液晶分子配列からな
り、略法線方向に螺旋軸を有するポリマー化されたコレ
ステリック液晶層３が形成される。
【００２２】コレステリック液晶層３の最上部の液晶分
子の方向を決める方法は上記に限定されない。すなわ
ち、コレステリック液晶層３を塗布形成後、適度な温度
で半固化した状態でラビング処理を施す方法、第２基板
に配向膜を形成しラビング処理を施した後、この第２基
板をコレステリック液晶層に貼付け、熱処理を行ってか
ら第２基板を剥離する方法、或いは、コレステリック液
晶を塗布する前に、透明基板１と配向処理の施された第
２基板とをスペーサを介して貼り付けてセルを構成し、
その間にコレステリック液晶を注入・熱処理した後、第
２基板を剥離する方法などでを用いてもよい。
子の方向を決める方法は上記に限定されない。すなわ
ち、コレステリック液晶層３を塗布形成後、適度な温度
で半固化した状態でラビング処理を施す方法、第２基板
に配向膜を形成しラビング処理を施した後、この第２基
板をコレステリック液晶層に貼付け、熱処理を行ってか
ら第２基板を剥離する方法、或いは、コレステリック液
晶を塗布する前に、透明基板１と配向処理の施された第
２基板とをスペーサを介して貼り付けてセルを構成し、
その間にコレステリック液晶を注入・熱処理した後、第
２基板を剥離する方法などでを用いてもよい。
【００２３】続いて、同様の方法により、コレステリッ
ク液晶層３の上にコレステリック液晶層４、５、６を順
次形成していく。このようにして形成されたコレステリ
ック液晶層３〜６は、各層の最上部および最下部の液晶
分子が、全て配向膜２のラビング方向と同じ方向を向い
たものとなる。
ク液晶層３の上にコレステリック液晶層４、５、６を順
次形成していく。このようにして形成されたコレステリ
ック液晶層３〜６は、各層の最上部および最下部の液晶
分子が、全て配向膜２のラビング方向と同じ方向を向い
たものとなる。
【００２４】なお、コレステリック液晶層３〜６の螺旋
の向きは右回りでも左回りでも構わないが、本実施の形
態では左回りの螺旋構造を用いた。より配向を完全にす
るためには、各コレステリック液晶層を形成後に配向膜
を形成してラビングし、その上に次のコレステリック液
晶層を形成するというプロセスを繰り返すこともでき
る。
の向きは右回りでも左回りでも構わないが、本実施の形
態では左回りの螺旋構造を用いた。より配向を完全にす
るためには、各コレステリック液晶層を形成後に配向膜
を形成してラビングし、その上に次のコレステリック液
晶層を形成するというプロセスを繰り返すこともでき
る。
【００２５】この場合には、各コレステリック液晶層と
配向膜との屈折率の差によって、入射光の界面反射が生
ずる。このような界面反射が起こると、出射光の偏光度
を悪くする成分が現れるため、界面反射は小さい方が望
ましい。
配向膜との屈折率の差によって、入射光の界面反射が生
ずる。このような界面反射が起こると、出射光の偏光度
を悪くする成分が現れるため、界面反射は小さい方が望
ましい。
【００２６】本実施の形態では上記構成とした場合、コ
レステリック液晶層３〜６の屈折率ｎｃと配向膜の屈折
率ｎｐとの比と、左円偏光を入射させたときの出射光の
左円偏光成分と右円偏光成分との比（１／ＣＲと表す）
の関係を図２に示す。この図から分かるように、ｎｐ／
ｎｃ＝１から離れるにつれ１／ＣＲの値が大きくなり、
表示品位が悪化する。特に、ｎｐ／ｎｃの値が０．９５
以下または１．０５以上の時には、１／ＣＲ＞０．０１
（ＣＲ＜１００）となり、著しく偏光特性が悪くなる。
従って、コレステリック液晶層３の屈折率に対して、積
層する各コレステリック液晶層および配向膜の屈折率は
９５％〜１０５％であることが望ましい。
レステリック液晶層３〜６の屈折率ｎｃと配向膜の屈折
率ｎｐとの比と、左円偏光を入射させたときの出射光の
左円偏光成分と右円偏光成分との比（１／ＣＲと表す）
の関係を図２に示す。この図から分かるように、ｎｐ／
ｎｃ＝１から離れるにつれ１／ＣＲの値が大きくなり、
表示品位が悪化する。特に、ｎｐ／ｎｃの値が０．９５
以下または１．０５以上の時には、１／ＣＲ＞０．０１
（ＣＲ＜１００）となり、著しく偏光特性が悪くなる。
従って、コレステリック液晶層３の屈折率に対して、積
層する各コレステリック液晶層および配向膜の屈折率は
９５％〜１０５％であることが望ましい。
【００２７】なお、本実施の形態では配向膜２を用いた
が、場合によっては配向膜２を省略した構成としてもよ
い。例えば、透明基板１の表面を直接ラビングすること
により、コレステリック液晶層３の透明基板１側の液晶
分子に所望の配向状態を与えることができる場合、配向
膜２を形成する必要はない。
が、場合によっては配向膜２を省略した構成としてもよ
い。例えば、透明基板１の表面を直接ラビングすること
により、コレステリック液晶層３の透明基板１側の液晶
分子に所望の配向状態を与えることができる場合、配向
膜２を形成する必要はない。
【００２８】また、最上層のコレステリック液晶層６の
上には、必要に応じてオーバーコート層を設けてもよ
い。コレステリック液晶は、螺旋ピッチＰと屈折率ｎｃ
とによって定まる特定波長λ（λ＝ｎｃ・Ｐ）の光のう
ち、螺旋方向と同じ向きの円偏光のみを選択的に反射す
る。螺旋方向および選択反射波長λは、目的に応じて適
当な値になるように設定できるが、本実施の形態では、
コレステリック液晶層３〜６を全て左螺旋構造とし、そ
れぞれの選択反射波長λ３、λ４、λ５、λ６をそれぞ
れ、λ３＝４５０ｎｍ、λ４＝５１０ｎｍ、λ５＝５７
０ｎｍ、λ６＝６３０ｎｍとなるように設定した。これ
により、偏光反射素子８は、可視光のうち、４２０ｎｍ
から６６０ｎｍまでの広い範囲の光を選択反射する機能
を有した偏光反射素子となる。
上には、必要に応じてオーバーコート層を設けてもよ
い。コレステリック液晶は、螺旋ピッチＰと屈折率ｎｃ
とによって定まる特定波長λ（λ＝ｎｃ・Ｐ）の光のう
ち、螺旋方向と同じ向きの円偏光のみを選択的に反射す
る。螺旋方向および選択反射波長λは、目的に応じて適
当な値になるように設定できるが、本実施の形態では、
コレステリック液晶層３〜６を全て左螺旋構造とし、そ
れぞれの選択反射波長λ３、λ４、λ５、λ６をそれぞ
れ、λ３＝４５０ｎｍ、λ４＝５１０ｎｍ、λ５＝５７
０ｎｍ、λ６＝６３０ｎｍとなるように設定した。これ
により、偏光反射素子８は、可視光のうち、４２０ｎｍ
から６６０ｎｍまでの広い範囲の光を選択反射する機能
を有した偏光反射素子となる。
【００２９】また、本実施の形態において、コレステリ
ック液晶層は４層積層としたが、層の数はこれに限定さ
れず、偏光反射素子８を使用する目的に応じて、１〜３
層でもよく、あるいは、５層以上としてもよい。
ック液晶層は４層積層としたが、層の数はこれに限定さ
れず、偏光反射素子８を使用する目的に応じて、１〜３
層でもよく、あるいは、５層以上としてもよい。
【００３０】また、コレステリック液晶層の膜厚を十分
に厚くした場合には、選択反射波長近傍の光のうち特定
円偏光成分（ここでは左円偏光成分）を全て反射する
が、膜厚を薄くした場合には、特定円偏光成分の一部は
透過することになる。このような反射：透過の比率は、
偏光反射素子８の利用目的や環境によって任意に設定す
ることができる。
に厚くした場合には、選択反射波長近傍の光のうち特定
円偏光成分（ここでは左円偏光成分）を全て反射する
が、膜厚を薄くした場合には、特定円偏光成分の一部は
透過することになる。このような反射：透過の比率は、
偏光反射素子８の利用目的や環境によって任意に設定す
ることができる。
【００３１】特に、本実施の形態に係る偏光反射素子８
を半透過型の液晶表示素子に利用する場合、様々な外光
のもとで見易さに関する調査を行ったところ、一般の半
透過型液晶表示素子よりも光の利用効率が高いため、反
射：透過の比率の設定自由度が高いことが確認された。
具体的には、反射：透過の比率が５：５〜９：１の場合
に使用し易い液晶表示素子となることが分かった。
を半透過型の液晶表示素子に利用する場合、様々な外光
のもとで見易さに関する調査を行ったところ、一般の半
透過型液晶表示素子よりも光の利用効率が高いため、反
射：透過の比率の設定自由度が高いことが確認された。
具体的には、反射：透過の比率が５：５〜９：１の場合
に使用し易い液晶表示素子となることが分かった。
【００３２】反射、透過の比率が５：５よりも小さい場
合、反射表示が十分ではなく、晴れた日の屋外では非常
に使いにくい。逆に反射、透過の比率が９：１よりも大
きい場合には、透過表示が不十分で、夜、蛍光燈などの
光源のすぐ下でないと使用できない。
合、反射表示が十分ではなく、晴れた日の屋外では非常
に使いにくい。逆に反射、透過の比率が９：１よりも大
きい場合には、透過表示が不十分で、夜、蛍光燈などの
光源のすぐ下でないと使用できない。
【００３３】本実施の形態では、コレステリック液晶層
３〜６の反射：透過の比率が、７：３となるように、各
層の膜厚を設定した。コレステリック液晶層３〜６の各
層の液晶分子は、最上部と最下部とで同一方向を向いて
いるため、そのねじれ角はｎπ（ｎ＝１、２、３、・・
・）となっており、本実施の形態では、１４πとなっ
た。
３〜６の反射：透過の比率が、７：３となるように、各
層の膜厚を設定した。コレステリック液晶層３〜６の各
層の液晶分子は、最上部と最下部とで同一方向を向いて
いるため、そのねじれ角はｎπ（ｎ＝１、２、３、・・
・）となっており、本実施の形態では、１４πとなっ
た。
【００３４】次に、本実施の形態の偏光反射素子８の機
能について説明する。ここでは、図３に示すように、偏
光反射素子８の一方の側（ここでは透明基板１側）に、
左円偏光板７、板状光源９、反射１０を順に配置した構
成を想定して説明する。
能について説明する。ここでは、図３に示すように、偏
光反射素子８の一方の側（ここでは透明基板１側）に、
左円偏光板７、板状光源９、反射１０を順に配置した構
成を想定して説明する。
【００３５】この場合、左円偏光板７側から入射した光
は、左円偏光板７によって、左円偏光となって偏光反射
素子８に到達する。この左円偏光は、コレステリック液
晶層３〜６によって、それぞれの選択反射波長λ３〜λ
６近傍の波長領域の光のうち６０〜７０％が選択的に反
射される。一方、コレステリック液晶層３〜６で反射さ
れなかった３０〜４０％の光は、そのまま透過し、偏光
反射素子８から出射される。
は、左円偏光板７によって、左円偏光となって偏光反射
素子８に到達する。この左円偏光は、コレステリック液
晶層３〜６によって、それぞれの選択反射波長λ３〜λ
６近傍の波長領域の光のうち６０〜７０％が選択的に反
射される。一方、コレステリック液晶層３〜６で反射さ
れなかった３０〜４０％の光は、そのまま透過し、偏光
反射素子８から出射される。
【００３６】上述したように、コレステリック液晶層３
〜６は、それぞれ液晶分子の方向が、最上部と最下部と
で一様に揃っており、そのねじれ角がｎπ（ｎ＝１、
２、３、・・・）となっているため、液晶分子の螺旋軸
に対して対称な構造となっている。従って、コレステリ
ック液晶層３〜６を透過する左円偏光は、偏光状態を乱
されることなく、左円偏光のまま偏光反射素子８から出
射されることになる。その結果、偏光反射素子８から出
射される光は、円偏光度が極めて高い光となる。
〜６は、それぞれ液晶分子の方向が、最上部と最下部と
で一様に揃っており、そのねじれ角がｎπ（ｎ＝１、
２、３、・・・）となっているため、液晶分子の螺旋軸
に対して対称な構造となっている。従って、コレステリ
ック液晶層３〜６を透過する左円偏光は、偏光状態を乱
されることなく、左円偏光のまま偏光反射素子８から出
射されることになる。その結果、偏光反射素子８から出
射される光は、円偏光度が極めて高い光となる。
【００３７】一方、コレステリック液晶層３〜６で反射
された光は、左円偏光板７を通って光源９の方向に戻っ
ていく。光源９の後方に反射板１０が設けてある場合、
偏光反射素子８で反射された光は、この反射板１０によ
って反射され、再び偏光反射素子８に左円偏光板７を通
して入射し、上述と同じ過程を繰り返すことになる。
された光は、左円偏光板７を通って光源９の方向に戻っ
ていく。光源９の後方に反射板１０が設けてある場合、
偏光反射素子８で反射された光は、この反射板１０によ
って反射され、再び偏光反射素子８に左円偏光板７を通
して入射し、上述と同じ過程を繰り返すことになる。
【００３８】従って、上記偏光反射素子８を用いること
により、このような過程を通して、光源９から出射され
た光の７０％以上を左円偏光として取り出すことが可能
になる。
により、このような過程を通して、光源９から出射され
た光の７０％以上を左円偏光として取り出すことが可能
になる。
【００３９】なお、コレステリック液晶層３〜６の各層
の液晶分子のねじれ角は、上述のようにｎπ（ｎ＝１、
２、３、・・・）で揃っていることが望ましいが、実際
の製造に当たっては、多少のばらつきがあっても構わな
い。
の液晶分子のねじれ角は、上述のようにｎπ（ｎ＝１、
２、３、・・・）で揃っていることが望ましいが、実際
の製造に当たっては、多少のばらつきがあっても構わな
い。
【００４０】図４に、ねじれ角の面内平均値αと、出射
光の右円偏光成分と左円偏光成分との比（１／ＣＲ）の
関係を示す。この図から分かるように、平均値αがπの
整数倍の時、１／ＣＲは極小値をとり良好な表示が実現
される。また、平均値αがｎπ±０．０５π（ｎ：整
数）の範囲から外れると、１／ＣＲは０．０１以上（コ
ントラスト比１００以下）となり、表示品位が極めて悪
化する。従って、ねじれ角の面内平均値αは、ｎπ−
０．０５π≦α≦ｎπ十０．０５πに設定されているこ
とが必要である。
光の右円偏光成分と左円偏光成分との比（１／ＣＲ）の
関係を示す。この図から分かるように、平均値αがπの
整数倍の時、１／ＣＲは極小値をとり良好な表示が実現
される。また、平均値αがｎπ±０．０５π（ｎ：整
数）の範囲から外れると、１／ＣＲは０．０１以上（コ
ントラスト比１００以下）となり、表示品位が極めて悪
化する。従って、ねじれ角の面内平均値αは、ｎπ−
０．０５π≦α≦ｎπ十０．０５πに設定されているこ
とが必要である。
【００４１】さらに、理想的には各コレステリック液晶
層３〜６の最上部の液晶分子について全て同じ方向に配
向処理をするのが望ましいが、必ずしも上述のような配
向処理をしなくても、本発明の効果が発揮され得る。こ
の場合には、下層のコレステリック液晶層の上に形成す
るコレステリック液晶層は、その最下部の液晶分子が、
下層のコレステリック液晶層の液晶分子と同じ方向を向
くように形成する。このようにすることにより、積層さ
れたコレステリック液晶層は、液晶分子の向きが連続的
につながり、全体として一つの滑らかな螺旋構造を持つ
ため、出射する光の偏光状態の乱れを最小限に止めるこ
とができる。
層３〜６の最上部の液晶分子について全て同じ方向に配
向処理をするのが望ましいが、必ずしも上述のような配
向処理をしなくても、本発明の効果が発揮され得る。こ
の場合には、下層のコレステリック液晶層の上に形成す
るコレステリック液晶層は、その最下部の液晶分子が、
下層のコレステリック液晶層の液晶分子と同じ方向を向
くように形成する。このようにすることにより、積層さ
れたコレステリック液晶層は、液晶分子の向きが連続的
につながり、全体として一つの滑らかな螺旋構造を持つ
ため、出射する光の偏光状態の乱れを最小限に止めるこ
とができる。
【００４２】次に、本発明の第２の実施の形態に係る液
晶表示素子について説明する。この液晶表示素子は、前
述した第１の実施の形態に係る偏光反射素子を利用した
半透過型の液晶表示素子として構成されている。
晶表示素子について説明する。この液晶表示素子は、前
述した第１の実施の形態に係る偏光反射素子を利用した
半透過型の液晶表示素子として構成されている。
【００４３】図５および図６に示すように、この液晶表
示素子は、対向配置された２枚のガラス基板１３、１４
間に液晶層１５を扶持して形成された液晶素子を備え、
この液晶素子の観察側、つまり、ガラス基板１３の外面
上には、λ／４波長板１２、および偏光板１１が順に設
けられている。位相差板１２および偏光板１１は、合わ
せて右円偏光特性を有する右円偏光板を構成している。
示素子は、対向配置された２枚のガラス基板１３、１４
間に液晶層１５を扶持して形成された液晶素子を備え、
この液晶素子の観察側、つまり、ガラス基板１３の外面
上には、λ／４波長板１２、および偏光板１１が順に設
けられている。位相差板１２および偏光板１１は、合わ
せて右円偏光特性を有する右円偏光板を構成している。
【００４４】また、他方のガラス基板１４の外面と対向
して、λ／４波長板２５、偏光板２６、および背面光源
２１が順に設けられている。位相差板２５および偏光板
２６は、合わせて左円偏光特性を有する、左円偏光板を
構成している。
して、λ／４波長板２５、偏光板２６、および背面光源
２１が順に設けられている。位相差板２５および偏光板
２６は、合わせて左円偏光特性を有する、左円偏光板を
構成している。
【００４５】液晶素子の観察側のガラス基板１３はアレ
イ基板を構成し、ガラス基板１３の内面には、カラーフ
ィルタ層５０が設けられ、このカラーフィルタ層上に透
明なＩＴ０から多数の画素電極１６がマトリクス状に設
けられている。
イ基板を構成し、ガラス基板１３の内面には、カラーフ
ィルタ層５０が設けられ、このカラーフィルタ層上に透
明なＩＴ０から多数の画素電極１６がマトリクス状に設
けられている。
【００４６】図６ないし図８に示すように、ガラス基板
１３上には、信号線３２と、ゲート電極３３を含む走査
線３４とがマトリクス状に設けられ、更に、必要に応じ
て図示しない補助容量電極が設けられる。また、信号線
３２と走査線３４との交差部には、スイッチング素子と
しての薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）３１
が設けられ、それぞれ画素電極１６に接続されている。
信号線３２、および走査線３４に重ねて酸化膜３５が形
成されている。
１３上には、信号線３２と、ゲート電極３３を含む走査
線３４とがマトリクス状に設けられ、更に、必要に応じ
て図示しない補助容量電極が設けられる。また、信号線
３２と走査線３４との交差部には、スイッチング素子と
しての薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）３１
が設けられ、それぞれ画素電極１６に接続されている。
信号線３２、および走査線３４に重ねて酸化膜３５が形
成されている。
【００４７】各ＴＦＴ３１は、酸化膜３５を介してゲー
ト電極３３上に設けられたアモルファスシリコン（ａ−
Ｓｉ）からなる半導体膜３６、半導体膜上に低抵抗半導
体膜３７を介して設けられたソース電極４１およびドレ
イン電極３９を備え、パッシベーション膜３８によって
覆われている。
ト電極３３上に設けられたアモルファスシリコン（ａ−
Ｓｉ）からなる半導体膜３６、半導体膜上に低抵抗半導
体膜３７を介して設けられたソース電極４１およびドレ
イン電極３９を備え、パッシベーション膜３８によって
覆われている。
【００４８】ゲート電極３３が半導体膜３６の下に配置
されたボトムゲート構造のＴＦＴにおいては、アレイ基
板１３からＴＦＴ３１に向かって入る外光は、ゲート電
極３３で遮断されるため、半導体膜３６に入射しない。
その結果、液晶表示装置を屋外で使用する時の光によっ
て発生する光リーク電流に起因するコントラスト比の低
下を防止することができる。
されたボトムゲート構造のＴＦＴにおいては、アレイ基
板１３からＴＦＴ３１に向かって入る外光は、ゲート電
極３３で遮断されるため、半導体膜３６に入射しない。
その結果、液晶表示装置を屋外で使用する時の光によっ
て発生する光リーク電流に起因するコントラスト比の低
下を防止することができる。
【００４９】各画素電極１６は、カラーフィルタ層５０
に形成された１０μｍ角程度のコンタクトホール４０を
介してソース電極４１に接続されている。カラーフィル
タ層５０は、画素部の全面に配置されている。このカラ
ーフィルタ層５０は、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
タ層でなり、マトリクス状に配置された画素電極１６お
よび対向電極１７により液晶層１５を画素単位で電解制
御することにより加法混色によるカラー表示を行う。画
素電極１６の境界部分には、信号線３２、走査線３４、
補助容量線のいずれかの配線が配置され、背面光源２１
からの透過光使用時に、背面光源からの光が漏れてコン
トラスト比を低下させることがない。
に形成された１０μｍ角程度のコンタクトホール４０を
介してソース電極４１に接続されている。カラーフィル
タ層５０は、画素部の全面に配置されている。このカラ
ーフィルタ層５０は、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
タ層でなり、マトリクス状に配置された画素電極１６お
よび対向電極１７により液晶層１５を画素単位で電解制
御することにより加法混色によるカラー表示を行う。画
素電極１６の境界部分には、信号線３２、走査線３４、
補助容量線のいずれかの配線が配置され、背面光源２１
からの透過光使用時に、背面光源からの光が漏れてコン
トラスト比を低下させることがない。
【００５０】一方、図６に示すように、液晶素子の背面
側のガラス基板１４は対向基板を構成している。ガラス
基板１４の画素電極１６と対向する面に、ＩＴ０等の透
明導電膜からなる対向電極１７がほぼ全面に亘って形成
されている。ガラス基板１４と対向電極１７との間に
は、上述した第１の実施の形態で示した偏光反射素子と
同等の構成を有したコレステリック液晶層を積層してな
る選択反射層１８が設けられている。
側のガラス基板１４は対向基板を構成している。ガラス
基板１４の画素電極１６と対向する面に、ＩＴ０等の透
明導電膜からなる対向電極１７がほぼ全面に亘って形成
されている。ガラス基板１４と対向電極１７との間に
は、上述した第１の実施の形態で示した偏光反射素子と
同等の構成を有したコレステリック液晶層を積層してな
る選択反射層１８が設けられている。
【００５１】なお、対向電極１７は、通常のマスクスパ
ッタ法により成膜とパターニングとを同時に行うことが
好ましい。この場合、対向電極１７形成時、選択反射層
１８を構成するコレステリック液晶層へのプロセス負荷
を極めて小さくすることができる。
ッタ法により成膜とパターニングとを同時に行うことが
好ましい。この場合、対向電極１７形成時、選択反射層
１８を構成するコレステリック液晶層へのプロセス負荷
を極めて小さくすることができる。
【００５２】また、アレイ基板１３および対向基板１４
の液晶層１５と接する面には、それぞれ図示しない配向
膜が形成されている。これらの配向膜は、液晶層１５の
液晶分子が基板に対して垂直に配向されるような、配向
方向をそれぞれ有している。これにより、アレイ基板１
３と対向基板１４との間には、マトリクス状に配列され
た多数の液晶画素が形成されている。
の液晶層１５と接する面には、それぞれ図示しない配向
膜が形成されている。これらの配向膜は、液晶層１５の
液晶分子が基板に対して垂直に配向されるような、配向
方向をそれぞれ有している。これにより、アレイ基板１
３と対向基板１４との間には、マトリクス状に配列され
た多数の液晶画素が形成されている。
【００５３】また、図８に示すように、アレイ基板１３
と対向基板１４とは、両基板の周縁部（シール部）４２
に沿って塗布されたシール材４３によって、互いに貼り
合わされている。この際、シール材４３を対向基板１４
の選択反射層１８上に塗布した場合、シール材の付着性
が悪く、１万時間以上の長時間の使用に際して、基板同
士が剥がれるなどの信頼性低下を招く恐れがある。
と対向基板１４とは、両基板の周縁部（シール部）４２
に沿って塗布されたシール材４３によって、互いに貼り
合わされている。この際、シール材４３を対向基板１４
の選択反射層１８上に塗布した場合、シール材の付着性
が悪く、１万時間以上の長時間の使用に際して、基板同
士が剥がれるなどの信頼性低下を招く恐れがある。
【００５４】あるいは、選択反射層１８上に、シール材
に対して付着性に優れたオーバーコート剤を塗布し、こ
のオーバーコート剤を介して選択反射層１８上にシール
材を塗布した場合には、信頼性の問題を回避することが
できる。オーバーコート剤としては、例えば、通常のカ
ラーフィルタに用いるアクリル樹脂を使用することがで
きる。
に対して付着性に優れたオーバーコート剤を塗布し、こ
のオーバーコート剤を介して選択反射層１８上にシール
材を塗布した場合には、信頼性の問題を回避することが
できる。オーバーコート剤としては、例えば、通常のカ
ラーフィルタに用いるアクリル樹脂を使用することがで
きる。
【００５５】図５に示すように、ガラス基板１４の背面
側に設けられた背面光源２１は、例えばアクリル等の透
光性の平板からなる導光体２２と、導光体の側面に配置
された線状光源２４と、導光体の裏面に設けられた散乱
反射層２３とを備えている。
側に設けられた背面光源２１は、例えばアクリル等の透
光性の平板からなる導光体２２と、導光体の側面に配置
された線状光源２４と、導光体の裏面に設けられた散乱
反射層２３とを備えている。
【００５６】なお、本実施の形態では、ａ−Ｓｉを用い
たＴＦＴを用いたが、液晶を駆動するための駆動素子は
これに限定するものではない。ＭＩＭ等の２端子素子を
用いてもよく、あるいは、ｐ−Ｓｉを用いた素子として
もよい。また、上述したアクティブマトリクス型に限ら
ず、単純マトリクス型で電極を形成することも可能であ
る。
たＴＦＴを用いたが、液晶を駆動するための駆動素子は
これに限定するものではない。ＭＩＭ等の２端子素子を
用いてもよく、あるいは、ｐ−Ｓｉを用いた素子として
もよい。また、上述したアクティブマトリクス型に限ら
ず、単純マトリクス型で電極を形成することも可能であ
る。
【００５７】次に、上記のように構成された液晶表示素
子の動作について説明する。図５（ａ）に示すように、
垂直配向型の液晶層１５に電源２０から電圧が印加され
たオン状態、正確には液晶の閾値以上の電圧が印加され
た状態（Ｖｏｎ時）では、ネマテイツク液晶分子はアレ
イ基板１３から対向基板１４に向けて基板に平行な方向
に配列するホモジニアス配向となる。
子の動作について説明する。図５（ａ）に示すように、
垂直配向型の液晶層１５に電源２０から電圧が印加され
たオン状態、正確には液晶の閾値以上の電圧が印加され
た状態（Ｖｏｎ時）では、ネマテイツク液晶分子はアレ
イ基板１３から対向基板１４に向けて基板に平行な方向
に配列するホモジニアス配向となる。
【００５８】この状態において、図の上方の観察側から
入射してくる光Ｌｆは、偏光板１１およびλ／４波長板
１２を通り、右回りの円偏光として、液晶層１５に入射
する。そして、光は、液晶層１５によって位相が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、到達した左回りの円
偏光は選択反射層１８により反射され、再び液晶層１５
により位相がλ／２遅延されることにより、右回りの円
偏光に変換されて観察側へ出力される。この光は、再び
λ／４波長板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
外部に出力される。これにより、明状態の表示が得られ
る。
入射してくる光Ｌｆは、偏光板１１およびλ／４波長板
１２を通り、右回りの円偏光として、液晶層１５に入射
する。そして、光は、液晶層１５によって位相が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、到達した左回りの円
偏光は選択反射層１８により反射され、再び液晶層１５
により位相がλ／２遅延されることにより、右回りの円
偏光に変換されて観察側へ出力される。この光は、再び
λ／４波長板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
外部に出力される。これにより、明状態の表示が得られ
る。
【００５９】また、図５（ｂ）に示すように、液晶層１
５に閾値以下の電圧が印加されたオフ状態（零電圧を含
む）（Ｖｏｆｆ時）において、液晶層１５の液晶分子は
ガラス基板１３、１４に対して垂直に配列し、入射光を
位相変調しない状態となる。
５に閾値以下の電圧が印加されたオフ状態（零電圧を含
む）（Ｖｏｆｆ時）において、液晶層１５の液晶分子は
ガラス基板１３、１４に対して垂直に配列し、入射光を
位相変調しない状態となる。
【００６０】この状態において、図の上方から入射して
くる光は、Ｖｏｎ時と同様に、偏光板１１およびλ／４
波長板１２を通り、右回りの円偏光として液晶層１５に
入射するが、この液晶層１５では位相変調されず、右回
りの円偏光のまま選択反射層１８に到達する。そのた
め、右回りの円偏光は、選択反射層１８を背面側に向け
て透過し、位相差板２５により、偏光板２６の吸収軸に
沿った振動成分を持つ直線偏光に変換される。その結
果、入射光Ｌｆは観察面に戻らず、暗状態の表示が得ら
れる。
くる光は、Ｖｏｎ時と同様に、偏光板１１およびλ／４
波長板１２を通り、右回りの円偏光として液晶層１５に
入射するが、この液晶層１５では位相変調されず、右回
りの円偏光のまま選択反射層１８に到達する。そのた
め、右回りの円偏光は、選択反射層１８を背面側に向け
て透過し、位相差板２５により、偏光板２６の吸収軸に
沿った振動成分を持つ直線偏光に変換される。その結
果、入射光Ｌｆは観察面に戻らず、暗状態の表示が得ら
れる。
【００６１】次に、選択反射層１８の背面側に設けられ
た背面光源２１を作動させた場合の動作について説明す
る。図５（ａ）に示すＶｏｎ時、背面光源２１から出力
された光Ｌｂは、偏光板２６および位相差板２５により
左回りの円偏光となり、そのうち所定の割合の光（本実
施の形態では３０〜４０％）は選択反射層１８を透過
し、残りは、選択反射層によって反射される。
た背面光源２１を作動させた場合の動作について説明す
る。図５（ａ）に示すＶｏｎ時、背面光源２１から出力
された光Ｌｂは、偏光板２６および位相差板２５により
左回りの円偏光となり、そのうち所定の割合の光（本実
施の形態では３０〜４０％）は選択反射層１８を透過
し、残りは、選択反射層によって反射される。
【００６２】選択反射層１８を通過した光は、液晶層１
５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波長板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、
偏光板を通過して観察面側に出力される。上記過程にお
いて、選択反射層１８を通過した光は、前述したように
偏光度の高い左円偏光であり、右円偏光成分をほとんど
含んでいない。従って、光の利用効率が高く、輝度の高
い明状態の表示が得られる。
５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波長板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、
偏光板を通過して観察面側に出力される。上記過程にお
いて、選択反射層１８を通過した光は、前述したように
偏光度の高い左円偏光であり、右円偏光成分をほとんど
含んでいない。従って、光の利用効率が高く、輝度の高
い明状態の表示が得られる。
【００６３】一方、図５（ｂ）に示すＶｏｆｆ時、選択
反射層１８を通過した左回りの円偏光は、液晶層１５に
よる位相変調を受けずにそのまま観察側に出力される。
そして、この光は、λ／４波長板１２を通過することに
より、偏光板１１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により吸収される。前述し
た理由で、選択反射層１８を通過した光にはほとんど右
円偏光成分を含んでいないため、偏光板１１から漏れて
出射される光は極めて少ない。従って、極めて輝度が０
に近い暗状態の表示が得られる。
反射層１８を通過した左回りの円偏光は、液晶層１５に
よる位相変調を受けずにそのまま観察側に出力される。
そして、この光は、λ／４波長板１２を通過することに
より、偏光板１１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により吸収される。前述し
た理由で、選択反射層１８を通過した光にはほとんど右
円偏光成分を含んでいないため、偏光板１１から漏れて
出射される光は極めて少ない。従って、極めて輝度が０
に近い暗状態の表示が得られる。
【００６４】以上のように構成された液晶表示素子によ
れば、選択反射層１８は第１の実施の形態で示したよう
に優れた円偏光度を得られるため、この選択反射層を用
いた液晶表示素子は、コントラストが高く、優れた表示
性能を発揮することができる。
れば、選択反射層１８は第１の実施の形態で示したよう
に優れた円偏光度を得られるため、この選択反射層を用
いた液晶表示素子は、コントラストが高く、優れた表示
性能を発揮することができる。
【００６５】なお、本実施の形態では、λ／４波長板１
２および２５、偏光板１１および２６が完全なる円偏光
板として機能した場合について説明したが、実際には、
これらのフィルムに異なる波長分散があるものを使用す
ることもできる。この場合、位相差板１２と偏光板１１
との組合わせは右楕円偏光板として、位相差板２５およ
び偏光板２６の組合わせは左楕円偏光板として機能す
る。
２および２５、偏光板１１および２６が完全なる円偏光
板として機能した場合について説明したが、実際には、
これらのフィルムに異なる波長分散があるものを使用す
ることもできる。この場合、位相差板１２と偏光板１１
との組合わせは右楕円偏光板として、位相差板２５およ
び偏光板２６の組合わせは左楕円偏光板として機能す
る。
【００６６】上記構成によれば、それぞれの楕円偏光板
の光軸（楕円軸）と、選択反射層１８および液晶層１５
のそれぞれの層の液晶分子の方向とによって、液晶表示
素子の表示性能が変わってくる。より良いコントラスト
を得るためには、Ｖｏｆｆ時に、上記右楕円偏光板およ
び左楕円偏光板を回転させて透過率Ｔを測定し、透過率
が最小となるような配置とすればよい。
の光軸（楕円軸）と、選択反射層１８および液晶層１５
のそれぞれの層の液晶分子の方向とによって、液晶表示
素子の表示性能が変わってくる。より良いコントラスト
を得るためには、Ｖｏｆｆ時に、上記右楕円偏光板およ
び左楕円偏光板を回転させて透過率Ｔを測定し、透過率
が最小となるような配置とすればよい。
【００６７】図９は、本実施の形態に係る液晶表示素子
で得られたＶｏｆｆ時の透過率Ｔと、偏光板１１の吸収
軸との関係を示している。この図から、本実施の形態の
場合、偏光板１１の吸収軸を４５°とした時に、透過率
Ｔが最小になり、最良の表示品位となることが分かる。
で得られたＶｏｆｆ時の透過率Ｔと、偏光板１１の吸収
軸との関係を示している。この図から、本実施の形態の
場合、偏光板１１の吸収軸を４５°とした時に、透過率
Ｔが最小になり、最良の表示品位となることが分かる。
【００６８】次に、この発明の第３の実施の形態に係る
液晶表示素子について説明する。図１０に示すように、
本実施の形態に係る液晶表示素子は、前述した第２の実
施の形態に係る液晶表示素子において、偏光板２６と背
面光源２１の間に、更に、λ／４波長板５１および偏光
反射素子５２を配置した構成を有している。
液晶表示素子について説明する。図１０に示すように、
本実施の形態に係る液晶表示素子は、前述した第２の実
施の形態に係る液晶表示素子において、偏光板２６と背
面光源２１の間に、更に、λ／４波長板５１および偏光
反射素子５２を配置した構成を有している。
【００６９】偏光反射素子５２は、前述した第１の実施
の形態と同様に製造されたものを用いることができる
が、望ましくは、偏光反射素子の特定円偏光成分（ここ
では左円）の反射：透過の比率は１０：０に近い方がよ
い。他の構成は、第２の実施の形態に係る液晶表示素子
と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付して
その詳細な説明を省略する。
の形態と同様に製造されたものを用いることができる
が、望ましくは、偏光反射素子の特定円偏光成分（ここ
では左円）の反射：透過の比率は１０：０に近い方がよ
い。他の構成は、第２の実施の形態に係る液晶表示素子
と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付して
その詳細な説明を省略する。
【００７０】上記のように構成された第３の実施の形態
に係る液晶表示素子によれば、背面光源２１から出射さ
れた光のうち、右円偏光成分は偏光反射素子５２を透過
し、左円偏光成分は反射されて背面光源２１に戻る。背
面光源２１に戻った光は散乱反射され、偏光解消されて
再び偏光反射素子５２に入射するため、再び右円偏光成
分は透過し、左円偏光成分は反射される。このようにし
て、偏光反射素子５２と背面光源２１の間を光が複数回
反射しながら、右円偏光成分のみが偏光反射素子５２を
透過する。
に係る液晶表示素子によれば、背面光源２１から出射さ
れた光のうち、右円偏光成分は偏光反射素子５２を透過
し、左円偏光成分は反射されて背面光源２１に戻る。背
面光源２１に戻った光は散乱反射され、偏光解消されて
再び偏光反射素子５２に入射するため、再び右円偏光成
分は透過し、左円偏光成分は反射される。このようにし
て、偏光反射素子５２と背面光源２１の間を光が複数回
反射しながら、右円偏光成分のみが偏光反射素子５２を
透過する。
【００７１】偏光反射素子５２を透過した右円偏光は、
λ／４波長板５１により直線偏光となり、偏光板２６に
向かう。この時、λ／４波長板５１を透過した直線偏光
の方向が、偏光板２６の透過軸に合うように配置してあ
れば、ほとんど全ての光が偏光板２６を透過し、液晶表
示素子の表示に利用される。
λ／４波長板５１により直線偏光となり、偏光板２６に
向かう。この時、λ／４波長板５１を透過した直線偏光
の方向が、偏光板２６の透過軸に合うように配置してあ
れば、ほとんど全ての光が偏光板２６を透過し、液晶表
示素子の表示に利用される。
【００７２】偏光反射素子５２は、前述したように非常
に良好な円偏光二色性を示すため、上記構成の液晶表示
素子の光の利用効率は非常に高いものとなる。偏光反射
素子５２が配置されていない一般の液晶表示素子では、
背面光源２１から出射された光の５０％以下しか表示に
利用できないのに対して、本実施の形態に係る液晶表示
素子によれば、７０％以上を利用することが可能にな
る。
に良好な円偏光二色性を示すため、上記構成の液晶表示
素子の光の利用効率は非常に高いものとなる。偏光反射
素子５２が配置されていない一般の液晶表示素子では、
背面光源２１から出射された光の５０％以下しか表示に
利用できないのに対して、本実施の形態に係る液晶表示
素子によれば、７０％以上を利用することが可能にな
る。
【００７３】特に、光の利用効率が重要となる半透過型
の液晶表示素子においては、本実施の形態のように、前
述した第２の実施の形態の半透過型液晶表示素子に偏光
反射素子を組み合わせにより、飛躍的に表示性能が向上
する。従来の一般の半透過型液晶表示素子に対して、本
実施の形態の半透過型液晶表示素子では、光の利用効率
が約１．６倍になった。
の液晶表示素子においては、本実施の形態のように、前
述した第２の実施の形態の半透過型液晶表示素子に偏光
反射素子を組み合わせにより、飛躍的に表示性能が向上
する。従来の一般の半透過型液晶表示素子に対して、本
実施の形態の半透過型液晶表示素子では、光の利用効率
が約１．６倍になった。
【００７４】なお、この発明は上述した実施例に限定さ
れることなく、この発明の範囲内で種々変形可能であ
る。例えば、上述した実施の形態では、偏光反射素子の
構成要素として、ポリマー化したコレステリック液晶層
を用いたが、これに限らず、カイラルネマティツク液晶
層、あるいはカイラル液晶層をポリマー化して用いるこ
ともできる。なお、上述した説明において、層とは、膜
の概念も含むものとして述べている。
れることなく、この発明の範囲内で種々変形可能であ
る。例えば、上述した実施の形態では、偏光反射素子の
構成要素として、ポリマー化したコレステリック液晶層
を用いたが、これに限らず、カイラルネマティツク液晶
層、あるいはカイラル液晶層をポリマー化して用いるこ
ともできる。なお、上述した説明において、層とは、膜
の概念も含むものとして述べている。
【００７５】また、前述した第２および第３の実施の形
態では半透過型の液晶表示素子について説明したが、本
発明は透過型の液晶表示素子についても同様な効果が得
られる。その場合にも、従来の透過型液晶表示素子の背
面光源と液晶パネル裏面の偏光板との間に、本実施の形
態と同様な偏光反射素子とλ／４波長板を配置すればよ
い。
態では半透過型の液晶表示素子について説明したが、本
発明は透過型の液晶表示素子についても同様な効果が得
られる。その場合にも、従来の透過型液晶表示素子の背
面光源と液晶パネル裏面の偏光板との間に、本実施の形
態と同様な偏光反射素子とλ／４波長板を配置すればよ
い。
【００７６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
光の利用効率が高く、偏光特性の優れた偏光反射素子、
コントラストの高い優れた表示特性を有する液晶表示素
子、および偏光反射素子の製造方法を実現することがで
きる。
光の利用効率が高く、偏光特性の優れた偏光反射素子、
コントラストの高い優れた表示特性を有する液晶表示素
子、および偏光反射素子の製造方法を実現することがで
きる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る偏光反射素子
の断面図。
の断面図。
【図２】コレステリック液晶層および配向層の屈折率と
偏光反射素子のコントラストとの関係を示す図。
偏光反射素子のコントラストとの関係を示す図。
【図３】上記偏光反射素子の機能を説明する概念図。
【図４】コレステリック液晶分子のねじれ角と偏光反射
素子のコントラストとの関係を示す図。
素子のコントラストとの関係を示す図。
【図５】この発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素
子の液晶側に第１電圧を印加した状態、および上記液晶
表示素子の液晶側に第２電圧を印加した状態をそれぞれ
模式的に示す図。
子の液晶側に第１電圧を印加した状態、および上記液晶
表示素子の液晶側に第２電圧を印加した状態をそれぞれ
模式的に示す図。
【図６】上記液晶表示素子の断面図。
【図７】上記液晶表示素子のアレイ基板を拡大して示す
断面図。
断面図。
【図８】上記アレイ基板を概略的に示す平面図。
【図９】上記液晶表示素子における偏光板の吸収軸角度
と透過率との関係を示す図。
と透過率との関係を示す図。
【図１０】この発明の第３の実施の形態に係る液晶表示
素子を示す断面図。
素子を示す断面図。
３、４、５、６…コレステリック液晶層 ８、５２…偏光反射素子 １１、２６…偏光板 １２、２５、５１…λ／４波長板 １３、１４…透明基板 １５…液晶層 １６、１７…透明電極 １８…選択反射層 ２１…背面光源 ５０…カラーフィルタ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA03 BA43 BB03 BB16 BC02 BC09 BC22 2H091 FA08X FA08Z FA11X FA14Z FA41Z HA07 LA17
Claims (15)
- 【請求項１】螺旋状の液晶分子配列からなり、略法線方
向に螺旋軸を有するポリマー化されたコレステリック液
晶層、カイラルネマティック液晶層、あるいはカイラル
液晶層の少なくともいずれか１つの液晶層を備えた偏光
反射素子において、 液晶分子のねじれ角の面内平均値αが、 ｎπ−０．０５π≦α≦ｎπ＋０．０５π （ｎ＝１、２、３、・・・） の範囲内にあることを特徴とする偏光反射素子。 - 【請求項２】螺旋ピッチの異なる上記液晶層を複数積層
して形成され、各液晶層の界面で液晶分子の向きが連続
的につながり、全体として一つの滑らかな螺旋構造を形
成していることを特徴とする請求項１に記載の偏光反射
素子。 - 【請求項３】上記各液晶層の液晶分子のねじれ角の平均
値αが、それぞれ ｎπ０．０５π≦α≦ｎπ＋０．０５π （ｎ＝１、２、３、・・・） の範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の偏光
反射素子。 - 【請求項４】入射光のうち、特定円偏光成分の光の一部
を反射し、上記特定円偏光成分の光のうち反射しなかっ
た光、および上記特定円偏光成分以外の光のほとんど全
てを透過することを特徴とする請求項１ないし３いずれ
か１項に記載の偏光反射素子。 - 【請求項５】上記特定円偏光成分のうち、反射される光
と透過する光との割合が、５：５〜９：１であることを
特徴とする請求項４に記載の偏光反射素子。 - 【請求項６】第１偏光板と、液晶セルと、第２偏光板
と、上記第１偏光板と第２偏光板との間に配置された請
求項１ないし５いずれか１項に記載の偏光反射素子と、
を備えたことを特徴とする半透過型の液晶表示素子。 - 【請求項７】請求項１ないし５いずれか１項に記載の偏
光反射素子を、互いに逆回りの円偏光特性を有する一対
の楕円偏光板で挟んだ時の透過率が、上記一対の楕円偏
光板の光軸をそれぞれ回転させた時に最小となるよう
に、上記偏光反射素子と上記一対の楕円偏光板が配置さ
れていることを特徴とする請求項６に記載の半透過型の
液晶表示素子。 - 【請求項８】第１偏光板と、液晶セルと、第２偏光板
と、背面光源と、上記第２偏光板と背面光源との間に配
置された請求項１〜５いずれか１項に記載の偏光反射素
子と、上記第２偏光板と上記偏光反射素子との間に配置
されたλ／４波長板と、を備えたことを特徴とする液晶
表示素子。 - 【請求項９】基板上に配向膜を形成する工程と、上記配
向膜に液晶分子を面内１方向に制御する配向処理を施す
工程と、上記配向膜上に螺旋構造を有する液晶層を形成
する工程と、上記液晶層の上面部の液晶分子を上記配向
膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程
と、を備えたことを特徴とする偏光反射素子の製造方
法。 - 【請求項１０】基板上に配向膜を形成する工程と、上記
配向膜に液晶分子を面内一方向に制御する配向処理を施
す工程と、上記配向膜上に螺旋構造を有する第１液晶層
を形成する工程と、上記第１液晶層の上面部を上記配向
膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程
と、上記第１液晶層の上に、螺旋構造を有する第２液晶
層を形成する工程と、上記第２液晶層の上面部を上記配
向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工
程と、を備えたことを特徴とする偏光反射素子の製造方
法。 - 【請求項１１】基板上に第１配向膜を形成する工程と、
上記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御する配
向処理を施す工程と、上記第１配向膜上に螺旋構造を有
する第１液晶層を形成する工程と、上記第１液晶層の上
面部を上記第１配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に
配向固化させる工程と、上記第１液晶層の上に第２配向
膜を形成する工程と、上記第２配向膜に、上記第１配向
膜の配向処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、
上記第２配向膜上に第２液晶層を形成する工程と、上記
第２液晶層の上面部を上記第１配向膜の配向処理方向と
ほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、を備えたことを
特徴とする偏光反射素子の製造方法。 - 【請求項１２】上記第１配向膜、上記第２配向膜および
上記第２液晶層の屈折率が、上記第１液晶層の屈折率の
９５％ないし１０５％の値を有していることを特徴とす
る請求項１１に記載の偏光反射素子の製造方法。 - 【請求項１３】第１基板上に第１配向膜を形成する工程
と、上記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御す
る配向処理を施す工程と、第２基板上に第２配向膜を形
成する工程と、上記第２配向膜に上記第１配向膜の配向
処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上記第１
基板と上記第２基板とをスペーサを介して貼り合せて第
１セルを作る工程と、上記第１セルに第１液晶を注入し
固化させる工程と、上記第２基板を剥離する工程と、を
備えたことを特徴とする偏光反射素子の製造方法。 - 【請求項１４】第３基板に第３配向膜を形成する工程
と、上記第３配向膜に上記第１配向膜の配向処理方向と
同じ方向に配向処理を施す工程と、上記第１基板と上記
第３基板とをスペーサを介して貼り合せて第２セルを作
る工程と、上記第２セルに第２液晶を注入し固化させる
工程と、上記第３基板を剥離する工程と、を備えている
ことを特徴とする請求項１３に記載の偏光反射素子の製
造方法。 - 【請求項１５】上記第１液晶の上に第４配向膜を形成す
る工程と、上記第４配向膜に上記第１配向膜の配向処理
方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、を備えている
ことを特徴とする請求項１４に記載の偏光反射素子の製
造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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