JP2002169155A

JP2002169155A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2002169155A
Application number: JP2000368692A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hisatake; 雄三久武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】光の利用効率が高く、表示品位の向上した透過
型液晶表示素子、および半透過型液晶表示素子を提供す
る。【解決手段】アレイ基板２１と対向基板との間に液晶層
６が挟持されて、アレイ基板の外面に対向してバックラ
イト７が設けられている。対向基板の外面には観察側の
第１偏光板１が設けられ、アレイ基板の外面には光源側
の第２偏光板２が設けられている。更に、第１偏光板と
液晶層との間には、第１偏光板の吸収軸方位の直線偏光
のみを反射する観察側偏光反射層３が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バックライトを具
備した透過型液晶表示素子、および半透過型液晶表示素
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示素子は、ノートパソコ
ン、モニター、カーナビゲーション、関数電卓、中小型
ＴＶなど様々な分野に応用されている。なかでもバック
ライトを具備した透過型液晶表示素子、および半透過型
液晶表示素子は高いコントラスト特性といった特長を生
かし、複数の画素を設けた大表示容量向け、具体的には
ノートパソコン、モニター、カーナビゲーション、ＴＶ
などに広く応用されている。

【０００３】しかしながら、その殆どは高いコントラス
ト特性を得るために偏光板を用いたり、ＴＦＴ、ＴＦＤ
といったスイッチング素子を用いたり、カラー表示のた
めにカラーフィルタなどを設けるため、光の利用効率、
透過率が悪く、バックライトの消費電力が大きくなると
いった問題や、十分な表示輝度が得られないといった問
題が生じていた。

【０００４】一方、従来の液晶表示素子は、ツイステッ
ドネマティック方式（ＴＮ方式）やバーティカルアライ
ン方式（ＶＡ方式）など液晶分子が一様に配列し電圧を
印加した状態でも電圧を印加した領域が一様に配列を変
化させるものであって、液晶分子の配列方位に依存した
視角依存性がある。しかし、近年では、これを解決する
手段として、画素内の液晶分子配列を電界の方向や液晶
分子の配列制御を画素内で一様でない（２種以上であ
る）ようにすることにより、液晶分子の配列方位に依存
した視角依存性を平均化し、方位に依存した視角特性を
改善する手法がとられている（以下、このような手法を
画素配向分割と称する）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記画
素配向分割を実施した場合、画素内に液晶分子の配列方
位が異なる部分が存在するため、白表示画素の中にも偏
光板にて吸収される位相差量となる領域が発生し、前記
液晶分子が一様に配列した方式（画素配向分割でない方
式）と比較して、光の利用効率が悪くなるといった問題
が生じていた。

【０００６】特に、ＶＡ方式の分子配列を電極形状や画
素内突起により画素配向分割したマルチバーティカルア
ライン方式（ＭＶＡ方式）では、画素内にシュリーレン
組織といった液晶分子配列が一様でない領域が十字形状
に出現する問題が必然的に発生するため、前述したよう
に白表示画素の中にも偏光板にて吸収される位相差量と
なる領域が強く発生し、前記液晶分子が一様に配列した
方式（画素配向分割でない方式）と比較して、光の利用
効率が半分程度になるといった問題が発生していた。こ
のように、従来のバックライトを有する透過型液晶表示
素子、および半透過型液晶表示素子は光の利用効率が悪
いといった問題がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、光の利用効率が
向上し、表示品位の向上した透過型液晶表示素子、およ
び半透過型液晶表示素子を提供することにある。

【０００８】

【問題を解決する手段】上記目的を達成するため、この
発明に係る液晶表示素子は、光源を備えているととも
に、観察者側に位置する第１偏光板と光源側に位置する
第２偏光板との間に駆動用液晶を挟持した液晶表示素子
において、前記第１偏光板と前記駆動用液晶との間に前
記第１偏光板の吸収軸方位の直線偏光のみを反射する観
察側偏光反射層を設けたことを特徴としている。

【０００９】このような構成の液晶表示素子によれば、
観察側偏光反射層によって所定の偏光成分を選択的に反
射することにより、光のリサイクル機能を発揮して光を
有効利用することが可能となり、コントラストの低下を
生じることなく、表示輝度が向上する。

【００１０】また、この発明に係る液晶表示素子は、複
数の画素を有した電極を備え、前記駆動用液晶は、各画
素内で２種類以上の液晶分子配列を有していることを特
徴としている。

【００１１】このような構成の液晶表示素子によれば、
液晶層の位相差を電界によりＯから２分の１波長まで変
化させることにより、黒表示と白表示及びその中間状態
とを得ることが可能となる。そして、液晶層の位相差量
が０となる領域の光についても、観察側偏光反射層にて
リサイクル機能を発揮し、表示輝度を向上させることが
できる。各画素内での液晶分子配列を２種類以上とする
ことにより、つまり、画素配向分割構造とした場合、表
示パターンに関係なく黒表示となる領域が画素内に生ず
るため、より大きな作用効果を得ることが可能となる。

【００１２】更に、この発明に係る液晶表示素子は、前
記第２偏光板と前記光源との間に、前記第２偏光板の吸
収軸方位の直線偏光のみを反射する光源側偏光反射層を
設けたことを特徴としている。

【００１３】上記構成の液晶表示素子によれば、光源側
偏光反射層によって所定の成分の光を選択的に反射する
ことにより、観察側偏光反射層のリサイクル効果に加え
て、更なるリサイクル効果を得ることができ、より光利
用効率が向上する。

【００１４】また、この発明に係る液晶表示素子は、前
記駆動用液晶と前記第２偏光板との間に前記第２偏光板
の透過軸方位の直線偏光のみを反射する中間偏光反射層
を設けたことを特徴としている。上記構成の液晶表示素
子によれば、中間偏光反射層によって所定の成分の光を
選択的に反射することにより、観察側偏光反射層のリサ
イクル効果に加えて、更なるリサイクル効果を得ること
ができ、より光利用効率が向上する。

【００１５】更に、この発明に係る液晶表示素子によれ
ば、前記観察側偏光反射層と前記駆動用液晶との間に設
けられ、入射した光の位相を４分の１波長ずらす第１位
相差層と、前記駆動用液晶と前記第２偏光板の間に設け
られ、入射した光の位相を４分の１波長ずらす第２位相
差層と、第２位相差層と前記駆動用液晶との間に設けら
れ、光源からの光を前記第２偏光板及び第２位相差層を
透過することにより得られる円偏光の極性と同じ極性の
円偏光のみを反射する円偏光反射層と、を備え、前記駆
動用液晶は、入射した光の位相のずれ量を電界にて制御
するように構成されていることを特徴としている。

【００１６】また、前記円偏光反射層は、コレステリッ
ク液晶、若しくはカイラルネマティック液晶をポリマー
化した液晶層で形成されていることを特徴としている。

【００１７】このような構成の液晶表示素子は、右円偏
光若しくは左円偏光を選択的に反射する偏光反射層を設
けた半透過型の液晶表示素子に前述した構成を適用した
場合の最適な構造を得ることができる。また、偏光反射
層を円偏光反射層とすることによって、コレステリック
液晶若しくはカイラルネマティック液晶をポリマー化し
た層とすることができ、ガラス面上に偏光反射層を形成
することが容易となる。従って、偏光反射層を液晶層に
隣接させる、つまり、液晶セル内面に形成することが可
能となり、外光に対する表示機能（反射モード）におい
て視差による表示２重像現象を防ぐことが容易となる。

【００１８】また、この発明に係る液晶表示素子によれ
ば、前記観察側、光源側、あるいは中間偏光反射層は、
屈折率異方性媒体と等方性媒体とを複数積層して形成さ
れていることを特徴とする。更に、この発明に係る液晶
表示素子によれば、前記観察側、光源側、あるいは中間
偏光反射層は、１／４波長板と円偏光反射層とからなる
ことを特徴とする。

【００１９】偏光反射層を得る手段としては、直線偏光
を直接反射させる手段として常光屈折率が等方性媒体の
屈折率と等しい屈折率異方性媒体を等方性媒体と積層
し、これを異方性媒体の位相軸が平行となるよう多数積
層させ、更に、前記位相軸方位の直線偏光のみ各層での
界面反射を発生させ、所望の直線偏光反射を得る方法が
製法上容易となる。他の手段としては、円偏光を反射す
る手段とこれを直線偏光に変換する１／４波長板とを組
合せることにより、前述した円偏光反射層と同様の手法
を適用させる方法も有効である。

【００２０】また、この発明に係る液晶表示素子は、Ｔ
ＦＴ素子を設けた構造に対しても容易に適用でき、前記
駆動用液晶をＴＦＴ素子を用いて駆動することにより高
コントラスト特性を得ることができる。

【００２１】更に、この発明に係る液晶表示素子は、カ
ラーフィルタを具備することによりカラー表示を実現す
ることが可能となる。この場合、望ましくは、観察側偏
光反射層をカラーフィルタと液晶層との間に設けるのが
よい。これにより、前述したリサイクルは、カラーフィ
ルタを経由せずになされため、リサイクルの光路上にカ
ラーフィルタによる光吸収が生じない。その結果、高い
光の利用効率を維持することできる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る種々の実施
の形態について詳細に説明する。まず、この発明の第１
の実施の形態に係る透過型の液晶表示素子の基本構成お
よびその動作を説明する。図１に示すように、この液晶
表示素子は、顧察者側に位置する第１偏光板１と光源側
に位置する第２偏光板２とを備え、これらの偏光板間に
は、ＩＴＯ等の透明電極からなる画素電極９および対向
電極９間に挟持された状態で画素電極駆動用の液晶層６
が設けられている。

【００２３】これらの透明電極９には、電源１０により
制御用の電圧が印加される。白表示画素において、電源
１０から電圧が印加され、液晶層６は、Ｒ＝λ／２の位
相差量の液晶層６Ｗとなり、電圧が印加されていない黒
表示画素において、液晶層６はＲ＝０の位相差量の液晶
層６Ｋとなる。

【００２４】また、第２偏光板２の外側には、光源とし
てのバックライト７が対向配置されている。バックライ
ト７は、例えばアクリル等の透光性の板からなる導光体
８と、導光体の側面に配置された線状光源５０と、導光
体の裏面に設けられた反射層５１とを備えている。更
に、第１偏光板１と液晶層６との間には、第１偏光板の
吸収軸方位の直線偏光のみを反射する観察側偏光反射層
３が設けられている。

【００２５】上記構成の液晶表示素子において、第１偏
光板１は、検光子（入射した光を偏光状態に応じて透過
若しくは透過しないを選択する機能を持つもの）として
作用する。

【００２６】従来のように偏光板のみであれば黒表示を
選択した画素は、この偏光板で光を吸収し黒表示とする
が、図１に示す液晶表示素子の場合、白表示を選択した
画素（図１（ａ）参照）の偏光成分は、観察側偏光反射
層３を透過し、黒表示を選択した画素（図１（ｂ）参
照）の偏光成分は、観察側偏光反射層３で反射される。

【００２７】仮に、観察側偏光反射層３の偏光反射率が
１００％でないとしても、黒表示を選択した画素の偏光
成分は、第１偏光板１にて吸収されるため、従来の偏光
反射層を有しない構成のものと比べてコントラスト特性
が低下することはない。

【００２８】観察側偏光反射層３で反射された偏光は、
第２偏光板２を透過しバックライト７に戻る。バックラ
イト７に戻った光は、バックライトの反射層５１で反射
し、再び液晶層６側に出射する（以下、これをリサイク
ル機能Ａと称す）。この際、バックライト７を出射する
光は、バックライト内の拡散板などで散乱するため、黒
表示を選択した画素の分だけ黒表示の表示パターンに関
係なく面内一様にリサイクル機能Ａが機能し、面内一様
に表示輝度が向上する。

【００２９】また、観察者側から液晶表示素子に入射し
た光、つまり外光、に対して、第１偏光板１は偏光子
（入射した光を意図する直線偏光、円偏光などに変換す
る機能を持つもの）として作用する。第１偏光板１を透
過した光は、第１偏光板の透過軸を透過した直線偏光で
あって、観察側偏光反射層３を透過する。逆に言えば、
観察側偏光反射層３にて反射し得る偏光成分は、第１偏
光板１にて吸収されるため外光が反射されることはな
く、これによるコントラストの低下は生じない。

【００３０】次に、この発明の第２の実施の形態に係る
透過型の液晶表示素子の基本構成およびその動作を説明
する。図２に示すように、この液晶表示素子は多数の画
素を備えて構成され、液晶層６は、駆動する画素電極の
形状、配向制御する配向膜、配向処理の形状、方法など
により、各画素内の分子配列が一様でなく、２種以上の
分子配列を有するように構成されている。他の構成は上
述した第１の実施の形態と同一である。

【００３１】図２（ａ）、（ｂ）は、画素配向分割した
方式の一画素の液晶分子配列を模式的に示したものであ
って、図２（ａ）が黒表示を選択した状態、（ｂ）が白
表示を選択した場合をそれぞれ示している。

【００３２】一般に、液晶表示素子は、黒表示の面内輝
度ムラや輝度の温度依存性を避けるため、液晶層６の位
相差や旋光性がゼロ、若しくはゼロに近い値にて黒表示
とする設計としている。逆に言えば、液晶層の位相差が
４分の１波長、２分の１波長、若しくは９０度の旋光角
度をなした状態で白表示となる設計としている。

【００３３】図２において、液晶層６の位相差を電界に
より０から２分の１波長まで変化させることにより、黒
表示と白表示、及びその中間状態とを得る設計を仮定し
ている。白表示は、液晶分子１３が面内方向に配列した
ときに得られる。この白表示および白と黒との中間状態
においては、液晶分子１３の傾く方位が一様であると視
角特性に方位依存が生じるため、図示するように配向分
割する。

【００３４】方位依存を完全に解消するには、少なくと
も４方位（東西南北、若しくは上下左右）に液晶分子１
３を配列する必要があるが、こうした場合、４方位の中
間に位置する液晶分子１３はその中間の方位に配列せざ
るをえない。仮に、配列方位を４方位のみとし画素１４
内に配列の不連続な境界を設けると、ディスクリネーシ
ョン欠陥が生じ表示に影響を及ぼす。これを避けるた
め、境界部を遮光すると光利用効率は悪くなる。従っ
て、中間の方位に配列する分子が存在することとなる。

【００３５】４方位に配列した液晶分子１３（図２
（ｂ）中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の領域の位相差を２分の１波
長とした場合、中間の方位に配列した液晶分子６Ｅ（図
２（ｂ）中、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）は、偏光子、検光子の偏
光軸１１、１２と平行となるため位相差は発生しない。
つまり、位相差量は０となる。

【００３６】図２（ｃ）、（ｄ）は、液晶分子１３が図
２（ａ）の状態、及び図２（ｂ）のＡＢＣＤ、ＥＦＧＨ
の状態におけるそれぞれの光路を示している。液晶層６
の位相差量がＲ＝０となる領域６Ｋの光は、従来の液晶
表示素子では、検光子で吸収されていたが、本実施の形
態の場合、観察側偏光反射層３にてリサイクルされ、表
示輝度を向上させる。画素配向分割をした液晶表示素子
の場合、表示パターンに関係なく黒表示となる領域が画
素１４内に生ずるため、本実施の形態の効果はより絶大
となる。

【００３７】次に、この発明の第３の実施の形態に係る
透過型の液晶表示素子の基本構成およびその動作を説明
する。図３に示すように、この液晶表示素子によれば、
第２偏光板２とバックライト７との間に、第２偏光板の
吸収軸方位の直線偏光にみを反射する光源側偏光反射層
４が設けられている。他の構成は上述した第１の実施の
形態と同一である。

【００３８】上記構成の液晶表示素子によれば、本来、
第２偏光板２は偏光子として作用するものであり、偏光
を得るために入射した光の半分以上を吸収する。しかし
ながら、バックライト７を出射した光のうち第２偏光板
２の吸収軸方位の直線偏光成分は、光源側偏光反射層４
にて反射され、リサイクル（以下、リサイクルＢと称
す）される。そのため、上述した第１および第２の実施
の形態で得られる効果（リサイクルＡ）にリサイクルＢ
の効果が加わり、より光利用効率が向上する。

【００３９】続いて、この発明の第４の実施の形態に係
る液晶表示素子の基本構成およびその動作を説明する。
図４に示すように、この液晶表示素子によれば、液晶層
６と第２偏光板２との間に、第２偏光板の透過軸方位の
直線偏光にみを反射する中間偏光反射層５ｒが設けられ
ている。第４の実施の形態は、第１、２、３の実施の形
態を、偏光反射層を用いた半透過型液晶表示素子に適用
した場合の最適な構成を提供するものである。他の構成
は上述した第１の実施の形態と同一である。

【００４０】第４の実施の形態において、中間偏光反射
層５ｒは、バックライト７を出射し第２偏光板２を透過
した偏光成分を反射する。この反射率を１００％としな
い限り、一部の光は中間偏光反射層５ｒを透過する。透
過した光は液晶層６の位相差量、旋光角度の量（旋光角
０°の液晶層６ｋ２、旋光角９０°の液晶層６Ｔ）に応
じて中間偏光反射層５ｒ、および第１偏光板１を透過す
るか、あるいは中間偏光反射層５ｒにて反射される。そ
して、中間偏光反射層５ｒにて反射した光は、リサイク
ルされ光利用効率を向上させる（リサイクルＡ）。

【００４１】更に、中間偏光反射層５ｒにて反射された
光は、第２偏光板２を透過するため、再度リサイクルさ
れ（以下、リサイクルＣと称する）、光利用効率を向上
させる。

【００４２】外光が入射した場合、観察側偏光反射層３
を透過した光は、図示するように、バックライト７を出
射し観察側偏光反射層３および第１偏光板１を透過する
場合の光路と逆の光路となる。そのため、図４（ｂ）に
示すように、バックライト７を出射した光を白表示とす
る場合、中間偏光反射層５ｒに入射する光の偏光状態
は、中間偏光反射層５ｒにて反射される直線偏光とな
り、この中間偏光反射層で反射される。そして、反射さ
れた偏光は、直線偏光であり位相は変化しないため、バ
ックライト７を出射し観察側偏光反射層３および第１偏
光板１を透過する場合と同様の光路をたどり白表示とな
る。

【００４３】また、中間偏光反射層５ｒを透過した成分
はバックライト７に向かい、バックライトの反射層５１
で反射し、バックライトの光強度を高めるよう作用す
る。バックライト７を出射し観察側偏光反射層３にて反
射される状態の画素において、観察側偏光反射層３を透
過した光は、液晶層６にて中間偏光反射層５ｒを透過す
る直線偏光となり、第２偏光板２で吸収される。従っ
て、図４（ａ）に示すように、バックライト７を出射し
た光を黒表示とした画素では、外光に対しても黒表示と
なり、図４（ｂ）に示すように、白表示とした場合には
外光に対しても白表示となり、なおかつ第１の実施の形
態で示したリサイクル効果（リサイクルＡ）が得られる
こととなる。

【００４４】上述した第４の実施の形態において、中間
偏光反射層５ｒの反射率は、１０％以上、９０％以下に
設定されていることが望ましい。述したように、中間偏
光反射層５ｒは、白表示を選択した画素において、外光
を反射させ且つバックライト７の出射光の一部を透過さ
せる必要がある。リサイクルＣの効果を十分に引き出す
には、バックライト７内での光吸収による減衰をなるべ
く換える必要があり、必要以上に中間偏光反射層５ｒの
反射率を高めることはできない。逆に低すぎると、外光
に対する反射率が低くなり照度の高い環境下での明るさ
が不充分となる。

【００４５】発明者らが主観的な評価を行なった結果、
中間偏光反射層５ｒに少なくとも必要な反射率は１０％
であった。また、バックライト７での減衰量は、界面反
射などを含めて少なくとも１０％程度は有るため、１回
の透過光量は少なくとも１０％以上とすることが望まし
い。従って、中間偏光反射層５ｒの偏光反射率は、１０
％以上、９０％以下とするのが最適である。

【００４６】続いて、この発明の第５の実施の形態に係
る液晶表示素子の基本構成およびその動作を説明する。
図５に示すように、この液晶表示素子によれば、観察側
偏光反射層３と液晶層６との間には、入射した光の位相
を４分の１波長ずらす第１位相差層として、第１の１／
４波長板１５ａが設けられ、また、液晶層６と第２偏光
板２との間には、入射した光の位相を４分の１波長ずら
す第２位相差層として第２の１／４波長板１５ｃが設け
られている。

【００４７】第２の１／４波長板１５ｂと液晶層６との
間には、バックライト７からの光を第２偏光板２及び第
２の１／４波長板１５ｂを透過することにより得られる
円偏光の極性と同じ極性の円偏光（右円偏光若しくは左
円偏光）のみを反射する円偏光反射層５ｃが設けられて
いる。そして、液晶層６は、入射した光の位相のずれ量
を電界にて制御するように構成されている。この円偏光
反射層５ｃは、コレステリック液晶若しくはカイラルネ
マティック液晶及びこれらをポリマー化して形成されて
いる。他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であ
る。

【００４８】第５の実施の形態に係る液晶表示素子は、
右円偏光１８若しくは左円偏光１９を選択的に反射する
円偏光反射層を設けた半透過型液晶表示素子に、前述し
た第１、２、３の実施の形態を適用した場合の最適な構
成を提供するものである。

【００４９】すなわち、第５の実施の形態は、前述した
第４の実施の形態に係る液晶表示素子と比較して、中間
偏光反射層５ｒが円偏光反射層５ｃとなっている点で相
違している。偏光反射層を円偏光反射層５ｃとすること
によって中間偏光反射層をコレステリック液晶若しくは
カイラルネマティック液晶をポリマー化したものとする
ことができ、ガラス面上に偏光反射層を形成することが
容易となる。

【００５０】従って、円偏光反射層５ｃを液晶層６に隣
接させる、つまり、セル内面に形成することができ、外
光に対する表示機能（反射モード）において視差による
表示２重像現象を防ぐことが容易となる。

【００５１】また、中間偏光反射層５ｒを円偏光反射層
５ｃとするには、中間偏光反射層５ｒに入射する光を円
偏光とする必要がある。そこで、円偏光反射層５ｃと第
１偏光板１との間、および第２偏光板２との間には、そ
れぞれ１／４波長板１５ａ、１５ｂが必要となる。

【００５２】また、１／４波長板を液晶層６に隣接させ
ることは容易でなく、液晶ポリマーなどを用いて実現し
てもコストが高くなる。そのため、１／４波長板は、観
察側偏光反射層３と液晶層６との間、及び円偏光反射層
５ｃと第２偏光板２との間に設け、液晶層６は円偏光を
主導する方式とすることが望ましい。そのため、液晶層
６は、入射した光の位相のずれ量を電界にて制御するも
の、具体的には、ＶＡ方式やホモジニアス方式（ＨＯＭ
Ｏ方式）、インプレーンスイッチング方式（ＩＰＳ方
式）、強誘電性液晶方式（ＦＬＣ方式）、ハイブリッド
アライン方式（ＨＡＮ方式）、ツイステットネマティッ
クエレクトリカリイコントロールドバイリブリジェンス
方式（ＴＮ−ＥＣＢ方式）などを用いることが望まし
い。

【００５３】前述した第４の実施の形態と同様に、円偏
光反射層５ｃの円偏光反射率は、１０％以上、９０％以
下が最適である。

【００５４】なお、前述した各実施の形態において、観
察側偏光反射層、光源側偏光反射層、および中間偏光反
射層は、屈折率異方性媒体と等方性媒体とを複数積層し
たもので形成することができる。

【００５５】次に、上述した種々の基本構成を適用して
形成した液晶表示素子について詳細に説明する。図６に
示すように、第６の実施の形態に係る液晶表示素子は、
前述した第１および第２の実施の形態で説明した基本構
造を有して構成されている。すなわち、この液晶表示素
子は、ガラス基板２０ａを有したＴＦＴアレイ基板２１
と、ガラス基板２０ｂを有した対向基板と、を備え、こ
れらの基板間に液晶層６を挟持して構成されている。

【００５６】ＴＦＴアレイ基板２１のガラス基板２０ａ
の内面上には、駆動素子としての多数のＴＦＴ素子２
６、および多数の画素電極９ａが設けられ、更に、画素
電極上には、配向膜２４ａが全面に亘って形成されてい
る。また、ガラス基板２０ａの外面に第２偏光板２が設
けられ、この第２偏光板と対向してバックライト７が設
けられている。

【００５７】対向基板を構成するガラス基板２０ｂの内
面上には、カラーフィルタ２２、対向電極９ｂ、配向膜
２４ｂが順に設けられている。また、ガラス基板２０ｂ
の外面上には、観察側偏光反射層３および第１偏光板１
が順に設けられている。

【００５８】ガラス基板２０ａ、２０ｂとしては、コー
ニング製の無アルカリガラスを用いている。画素電極９
ａと対向電極９ｂとの間に電圧を印加した際、各画素の
分子配列を画素内で多方位とするため、各配向膜２４
ａ、２４ｂに画素内に突出した複数の突起２３を形成し
ている。

【００５９】駆動用の液晶層６として誘電異方性が負の
ネマティック液晶ＭＬＣ２０３８（メルクジャパン製）
を用いている。また、電圧を印加しない状態での液晶分
子配列が一様に基板２０ａ、２０ｂに対して垂直となる
ように、配向膜としてＪＡＬＳ−２０４−Ｒ１４（ＪＳ
Ｒ製）を用い、電圧を印加することにより液晶分子が基
板に対し水平方向に多方位に傾くようにした画素配向分
割型のＶＡ方式の液晶セルを作成した。

【００６０】液晶層６の△ｎｄは、５５０ｎｍの波長に
て３５０ｎｍに設定してあり、電圧を印加しない状態で
は位相差量がＯ、電圧を十分印加した状態では、およそ
入射光波長の２分の１波長の位相差が得られるようにし
てある。

【００６１】以下、本実施の形態に用いた光学フィルム
の光軸を、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す液晶分子配列
の方位角に基づいて説明する。第１偏光板１としてＳＥ
Ｇ１４２５（日東電工製）を吸収軸が０°となるよう配
置し、観察側偏光反射層３として位相差が殆どないベー
スフィルムを用いたＤＢＥＦ（３Ｍ製）をその吸収軸１
１が０°方位の直線偏光を反射するように配置した。こ
こでは、ベースフィルムを用いたが、偏光板にＤ、Ｂ、
Ｅ、Ｆの母材を直接貼り付けるなどしてベースフィルム
なしの構成としてもよい。また、第２偏光板２として
は、ＳＥＧ１４２５（日東電工製）をその吸収軸１２が
９０°方位となるよう配置し、第６の実施の形態に係る
半透過型の液晶表示素子を得た。

【００６２】比較の対象として、第６の実施の形態に係
る液晶表示素子から観察側偏光反射層３を除いた従来構
成の液晶表示素子も作成した。両者の光学特性を比較し
た結果を表１に示す。表１から分かるように、本実施の
形態に係る液晶表示素子は、透過率、コントラスト比と
もに従来構成のものより格段に良い結果を得た。

【００６３】

【表１】

【００６４】また、第６の実施の形態で示した液晶表示
素子において、図３に示した基本構成となるよう、第２
偏光板２とバックライト７との間に光源側偏光反射層４
を設け、Ｄ、Ｂ、Ｅ、Ｆを０°方位の直線偏光を反射す
るように配置した。この液晶表示素子によれば、白ベタ
表示の透過率を測定したところ、１４．０２％、黒ベタ
表示の透過率を測定したところ０．０３１％となり、光
源側偏光反射層４の第６の実施の形態と比較してコント
ラスト比は同等で白の透過率がおよそ１．５倍改善され
ることを確認した。

【００６５】図７に示すように、第７の実施の形態に係
る液晶表示素子は、前述の第４の実施の形態（図４）で
説明した基本構造を有して構成されている。すなわち、
この液晶表示素子は、ガラス基板２０ａを有したＴＦＴ
アレイ基板２１と、ガラス基板２０ｂを有した対向基板
と、を備え、これらの基板間に液晶層６を挟持して構成
されている。

【００６６】ＴＦＴアレイ基板２１のガラス基板２０ａ
の内面上には、駆動素子としての多数のＴＦＴ素子２
６、および多数の画素電極９ａが設けられ、更に、画素
電極上には、配向膜２５ａが全面に亘って形成されてい
る。また、ガラス基板２０ａの外面に第２偏光板２が設
けられ、この第２偏光板と対向してバックライト７が設
けられている。

【００６７】更に、基板２０ａと第２偏光板２との間に
は、中間偏光反射層５ｒが設けられ、糊を介して基板２
０ａの裏面には貼り付けられている。この中間偏光反射
層５ｒとして、可視光波長に対する偏光反射率がほぼ７
０％のＤＢＥＦ（３Ｍ製）を用いている。

【００６８】対向基板を構成するガラス基板２０ｂの内
面上には、カラーフィルタ２２、対向電極９ｂ、配向膜
２５ｂが順に設けられている。また、ガラス基板２０ｂ
の外面上には、観察側偏光反射層３および第１偏光板１
が順に設けられている。

【００６９】ガラス基板２０ａ、２０ｂとしては、コー
ニング製の無アルカリガラスを用いている。駆動用の液
晶層６として、誘電異方性が正のネマティック液晶ＺＬ
１４７９２（メルクジャパン製）にカイラル材Ｓ８１１
（メルクジャパン製）を０．１ｗｔ％添加したものを用
いた。

【００７０】画素電極９ａと対向電極９ｂとの間に電圧
を印加しない状態での液晶分子配列が２０ａ、２０ｂ基
板に対して一様に水平となるように、配向膜２５ａ、２
５ｂとして、ＡＬ３４５６（ＪＳＲ製）を用い、ＴＦＴ
アレイ基板２１、対向基板ともにラビング処理をして９
０°ツイストしたＴＮ方式の液晶セルを作成した。

【００７１】液晶層の△ｎｄは、５５０ｎｍの波長にて
４７０ｎｍとなるように設定してあり、電圧を印加しな
い状態では旋光量がおよそ９０°、電圧を十分印加した
状態では旋光量が０°となるよう構成している。

【００７２】第１偏光板１として、ＳＥＧ１４２５（日
東電工製）を吸収軸が対向基板のラビング方向と平行と
なるよう配置し、観察側偏光反射層３として、位相差が
殆どないベースフィルムを用いたＤＢＥＦ（３Ｍ製）を
対向基板のラビング方向と平行な方位の直線偏光を反射
するように配置した。ここでは、ＤＢＥＦは、可視光波
長に対する偏光反射率がほぼ１００％のものを用いてい
る。第２偏光板２として、ＳＥＧ１４２５（日東電工
製）を吸収軸がＴＦＴアレイ基板２１のラビング方向と
平行な方位となるよう配置した。このようにして、第７
の実施の形態に係る半透過型の液晶表示素子を得た。

【００７３】また、比較の対象として、第７の実施の形
態に係る液晶表示素子から観察側偏光反射層３を除いた
従来構成の液晶表示素子も作成した。両者の光学特性を
比較した結果を表２に示す。この表２から分かるよう
に、本実施の形態に係る液晶表示素子は、透過率、反射
率、コントラスト比ともに従来構成のものより格段に良
い結果を得た。

【００７４】

【表２】

【００７５】図８に示すように、第８の実施の形態に係
る液晶表示素子は、前述の第５の実施の形態（図５）で
説明した基本構造を有して構成されている。すなわち、
この液晶表示素子は、ガラス基板２０ａを有したＴＦＴ
アレイ基板２１と、ガラス基板２０ｂを有した対向基板
と、を備え、これらの基板間に液晶層６を挟持して構成
されている。

【００７６】ＴＦＴアレイ基板２１のガラス基板２０ａ
の内面上には、カラーフィルタ２２、駆動素子としての
多数のＴＦＴ素子２６、および多数の画素電極９ａが設
けられ、更に、画素電極上には、配向膜２４ａが全面に
亘って形成されている。また、ガラス基板２０ａの外面
上には、第１の１／４波長板１５ａ、観察側偏光反射層
３、および第１偏光板１が順に設けられている。

【００７７】対向基板を構成するガラス基板２０ｂの内
面上には、円偏光反射層５ｃ、対向電極９ｂ、配向膜２
５ｂが順に設けられている。また、ガラス基板２０ｂの
外面上には、第２の１／４波長板１５ｂおよび第２偏光
板２が順に設けられ、更に、第２偏光板と対向してバッ
クライト７が設けられている。

【００７８】ガラス基板２０ａ、２０ｂとして、コーニ
ング製の無アルカリガラスを用いた。液晶層６として
は、誘電異方性が負のネマティック液晶ＭＬＣ２０３８
（メルクジャパン製）を用いた。

【００７９】そして、画素電極９ａおよび対向電極９ｂ
間に電圧を印加しない状態での液晶分子配列がガラス基
板２０ａ、２０ｂに対して一様に垂直となるように、配
向膜２４ａ、２４ｂとして、ＪＡＬＳ−２０４−Ｒ１４
（ＪＳＲ製）を用い、電圧を印加することにより液晶分
子がパネル上下方位に傾くよう上下のガラス基板をアン
チパラレル方向にラビングし、ＶＡ方式の液晶セルを作
成した。

【００８０】液晶層６の△ｎｄは、５５０ｎｍの波長に
て３５０ｎｍに設定してあり、電圧を印加しない状態で
は位相差量は０、電圧を十分印加した状態では、およそ
入射光波長の２分の１波長の位相差が得られるように構
成した。

【００８１】第１偏光板１として、ＳＥＧ１４２５（日
東電工製）を吸収軸がアレイ基板２１のラビング方向と
右回りに４５°となるよう配置し、観察側偏光反射層３
として位相差が殆どないベースフィルムを用いたＤＢＥ
Ｆ（３Ｍ製）を第１偏光板１の吸収軸方位の直線偏光を
反射するように配置した。

【００８２】更に、第１の１／４波長板１５ａとして、
リターデーション値が２７０ｎｍのアートン樹脂製の一
軸延伸フィルムと、リターデーション値が１４０ｎｍの
アートン樹脂製の一軸延伸フィルムとを積層したものを
用い、可視光波長域全体の波長に対して１／４波長の位
相差が得られるフィルム（日東電工製）を第１偏光板１
の透過軸から左回りに４５°の方位に合成光軸（前記積
層した一軸延伸フィルムトータルの光軸）がくるよう配
置し、第１偏光板１と合わせて左円偏光板として機能さ
せた。

【００８３】第２偏光板２として、ＳＥＧ１４２５（日
東電工製）を吸収軸が対向基板のラビング方向と左回り
に４５°となるように配置した。また、第２の１／４波
長板１５ｂとして、第１の１／４波長板１５ａと同等の
ものを、第２偏光板２の透過軸から右回りに４５°の方
位に合成光軸（前記積層した一軸延伸フィルムトータル
の光軸）がくるよう配置し、第２偏光板２と合わせて右
円偏光板として機能させた。

【００８４】対向基板の基板２０ｂと対向電極９ｂとの
間に設けられた円偏光反射層５ｃは、可視光波長全域に
対して右円偏光を７０％反射する。この円偏光反射層５
ｃは、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５
０、７００ｎｍの波長を中心として、バンド幅５０ｎｍ
程度の右円偏光選択反射を得るコレステリック液晶ポリ
マー（メルク製）をプレーナ配向にて積層させた構成と
した。

【００８５】また、円偏光反射層５ｃは、反射率を７０
％に制御するため、膜厚を各層とも捻れ角が１０回転に
なるように制御してある。更に、ガラス基板２０ａの内
面上に形成するため、光架橋性の材料にて配向させ、Ｕ
Ｖ照射によりポリマー化してある。このようにして、第
８の実施の形態に係る半透過型の液晶表示素子を得た。

【００８６】また、比較の対象として、第８の実施の形
態に係る液晶表示素子から観察側偏光反射層３を除いた
従来構成の液晶表示素子も作成した。両者の光学特性を
比較した結果を以下の表３に示す。

【００８７】この表３から分かるように、第８の実施の
形態に係る液晶表示素子は、透過率、反射率、コントラ
スト比ともに従来構成の液晶表示素子より格段に良い結
果を得た。また、円偏光反射層５ｃを液晶セル内面に形
成することにより、視差のない精細度感の高い表示品位
が得られた。

【００８８】

【表３】

【００８９】なお、この発明は、上述した実施の形態に
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、駆動素子と
してＴＦＴ素子を用いたが、これに限らず、ダイオード
素子を用いたＴＦＤやマルチフレックス駆動のよる単純
マトリクス方式でも同様の効果が得られる。

【００９０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
光の利用効率が高まり、明るく、コントラスト比の高い
表示品位が向上した透過型液晶表示素子、半透過型液晶
表示素子を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態に係る液晶表示素
子の基本構造、基本動作を模式的に示す図。

【図２】この発明の第２の実施の形態に係る画素配向分
割した液晶表示素子において、黒表示時の一画素の液晶
分子配列を模式的に示した平面図、白表示時の一画素の
液晶分子配列を模式的に示した平面図、および上記液晶
表示素子の基本構造および基本動作を模式的に示した
図。

【図３】この発明の第３の実施の形態に係る液晶表示素
子の基本構造、基本動作を模式的に示す図。

【図４】この発明の第４の実施の形態に係る液晶表示素
子の基本構造、基本動作を模式的に示す図。

【図５】この発明の第５の実施の形態に係る液晶表示素
子の基本構造、基本動作を模式的に示す図。

【図６】この発明の第６の実施の形態に係る液晶表示素
子を示す断面図。

【図７】この発明の第７の実施の形態に係る液晶表示素
子を示す断面図。

【図８】この発明の第８の実施の形態に係る液晶表示素
子を示す断面図。

【符号の説明】

１…第１偏光板２…第２偏光板３…観察側偏光反射層４…光源側偏光反射層５、５ｒ…中間偏光反射層５ｃ…円偏光反射層６…液晶層７…バックライト８…導光板９…透明電極１０…駆動電源１１…第１偏光板の吸収軸１２…第２偏光板の吸収軸１３…液晶分子１４…画素１５ａ…第１の１／４波長板１５ｂ…第２の１／４波長板１６…直線偏光１７…直線偏光１６と直交する方位の直線偏光１８…右円偏光１９…左円偏光２０ａ、２０ｂ…基板２１…ＴＦＴアレイ基板２２…カラーフィルタ２３…突起２６…ＴＦＴ素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…偏光板偏光軸と４５°の角をなす方位
に分子長軸を配列する液晶分子Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ…偏光板偏光軸と平行な方位に分子長軸
を配列する液晶分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 BA02 BA03 BA05 BA07 BA42 BA43 BB03 BC22 2H091 FA02Y FA07X FA07Z FA08X FA08Z FA11X FA11Z FA12X FA12Z FA14X FA14Z FA23Z FA42Z FB02 FD07 GA01 GA13 HA07 LA16 LA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源を備えているとともに、観察者側に位
置する第１偏光板と光源側に位置する第２偏光板との間
に駆動用液晶を挟持した液晶表示素子において、前記第１偏光板と前記駆動用液晶との間に前記第１偏光
板の吸収軸方位の直線偏光のみを反射する観察側偏光反
射層を設けたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】複数の画素を有した電極を備え、前記駆動
用液晶は、各画素内で２種類以上の液晶分子配列を有し
ていることを特徴とする請求項１の液晶表示素子。
【請求項３】前記第２偏光板と前記光源との間に、前記
第２偏光板の吸収軸方位の直線偏光のみを反射する光源
側偏光反射層を設けたことを特徴とする請求項１又は２
に記載の液晶表示素子。
【請求項４】前記駆動用液晶と前記第２偏光板との間に
前記第２偏光板の透過軸方位の直線偏光のみを反射する
中間偏光反射層を設けたことを特徴とする請求項１ない
し３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】前記中間偏光反射層の反射率は、１０％以
上、９０％以下であることを特徴とする請求項４に記載
の液晶表示素子。
【請求項６】前記観察側偏光反射層と前記駆動用液晶と
の間に設けられ、入射した光の位相を４分の１波長ずら
す第１位相差層と、前記駆動用液晶と前記第２偏光板の間に設けられ、入射
した光の位相を４分の１波長ずらす第２位相差層と、第２位相差層と前記駆動用液晶との間に設けられ、光源
からの光を前記第２偏光板及び第２位相差層を透過する
ことにより得られる円偏光の極性と同じ極性の円偏光の
みを反射する円偏光反射層と、を備え、前記駆動用液晶は、入射した光の位相のずれ量を電界に
て制御するように構成されていることを特徴とする請求
項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】前記円偏光反射層は、コレステリック液
晶、若しくはカイラルネマティック液晶をポリマー化し
た液晶層で形成されていることを特徴とした請求項６に
記載の液晶表示素子。
【請求項８】前記円偏光反射層の反射率は、１０％以
上、９０％以下であることを特徴とする請求項６又は７
に記載の液晶表示素子。
【請求項９】前記観察側偏光反射層、光源側偏光反射
層、あるいは中間偏光反射層は、屈折率異方性媒体と等
方性媒体とを複数積層して形成されていることを特徴と
する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液晶表示
素子。
【請求項１０】前記観察側偏光反射層、光源側偏光反射
層、あるいは中間偏光反射層は、入射した光の位相を４
分の１波長ずらす位相差層と円偏光反射層とで形成され
ていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１
項に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】前記駆動用液晶を駆動するＴＦＴ素子を
備えていることを特徴とする請求項１ないし１０のいず
れか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項１２】カラーフィルタを具備したことを特徴と
する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の液晶表
示素子。