JP2002350853A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射透過併用型液晶表示素子において、透過
表示モードにで高コントラスト、高透過率を示し且つ、
反射表示モードでも高コントラスト、高反射率を両立さ
せる。 【解決手段】 液晶表示素子は、光を透過可能な第一基
板１と、反射領域５と透過領域６を含む画素４が形成さ
れた第二基板２と、間隙を介して互いに接合した第一基
板１及び第二基板２に保持された液晶３とを有する。液
晶３は、電圧無印加状態で基板１，２に対し垂直に配向
している。垂直に配向した液晶３を挟む様に一対の位相
差板８，９が配されている。一対の位相差板８，９は、
可視域の波長帯に渡って互いに対称的な位相特性を有す
る。具体的には、一対の位相差板８，９は遅相軸が互い
に交差しており、その交差角が９０°±１０°の範囲に
設定されている。一対の位相差板８，９は、位相差の相
対的なズレが±３０ｎｍ以内に抑制されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ノートパソコン、
携帯端末、携帯型ＶＴＲ装置、ディジタルスチルカメラ
などに幅広く使用されている液晶表示素子に関する。液
晶表示素子の中でも、反射型と透過型の機能を兼ね備え
た液晶表示素子に関する発明である。反射及び透過機能
をもつことは、屋内、屋外でも視認性に優れる液晶表示
素子であることを意味する。よって携帯端末、携帯ＶＴ
Ｒ、ディジタルスチルカメラなどの液晶表示素子に有効
である。
【０００２】
【従来の技術】電気信号で変調し表示内容を書きかえる
ことのできるフラットディスプレイとして様々なものが
開発、生産されている。近年、研究開発が盛んな自発光
型表示素子としては、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉ
ｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、プラズマデ
ィスプレイ、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ ＥｍｉｓｓｉｏｎＤ
ｉｓｐｌａｙ）が挙げられる。
【０００３】このような自発光型ディスプレイは屋内で
は、液晶ディスプレイと比較して輝度が明るいために視
認性に優れる。しかし、屋外においては自発光するディ
スプレイの輝度よりも、屋外の環境の方が明るくなるこ
とが多々ある。このような環境下では自発光表示素子の
視認性は著しく悪くなる。
【０００４】また自発光型ディスプレイは、駆動に要す
る電流、電圧が比較的大きくなり消費電力が大きくなる
傾向がある。消費電力が大きくなると携帯電話や携帯Ｖ
ＴＲ、ディジタルスチルカメラ等の携帯端末等の表示素
子には適さない。
【０００５】これに対して反射型液晶ディスプレイは、
自らは発光せず外光を利用して表示するために屋外の十
分に明るい環境下でも視認性が悪くなることはなく、む
しろ明るさは増し視認性は良くなる。また反射型液晶デ
ィスプレイは、透過型液晶ディスプレイとは異なりバッ
クライトを要さないために消費電力も小さく携帯用装置
の表示素子に最適である。
【０００６】しかし、反射型液晶ディスプレイは屋外で
明るい環境下での視認性に優れるが、夜になり暗い環境
になったときには、発光しないために当然暗くなり視認
性も悪くなる。反射型液晶ディスプレイは、周辺環境の
明るさが、そのままディスプレイの明るさに反映される
ので当然である。
【０００７】そこで、携帯端末等のディスプレイとして
は、屋外においても屋内においてもどのような環境下で
も視認性に優れる表示素子が求められることになる。こ
のような目的を達成するための表示素子の一つとして、
透過反射併用型の液晶ディスプレイが挙げられる。この
透過反射併用型液晶ディスプレイは、一般に次の二つの
方法で実現されている。
【０００８】一つ目は、特開昭５９−２１８４８３号公
報にあるようなものである。これは、バックライトと液
晶層の間に薄い金属膜からなる半透過性反射膜を配置す
ることで、透過及び反射モードを兼ねる手法である。し
かし、このモードは原理的に透過モードと反射モードを
両立して最適化することはできない。つまり、透過モー
ドと反射モードで同じ液晶層を用いるために、透過モー
ドを優先した光学設計を行うと反射モードの視認性が落
ち、反射モード優先の光学設計を行うと透過時の光学特
性が悪くなる。
【０００９】２つ目は、特開平１１−２４２２２６号公
報にある。これは、反射部と透過部を画素面積内で分割
することで、反射透過併用モードを実現している。ま
た、透過部と反射部の液晶の配向状態を異なるようにし
て、良好な光学特性を反射及び透過時で得られるような
工夫をしている。
【００１０】具体的には、画素内の反射部と透過部の液
晶層の厚さを変えて最適化している。つまり可視域の波
長における電圧オン時と才フ時の位相差を、透過部λ／
２，反射部λ／４に設定することで、反射透過部ともに
高い反射率、透過率、高コントラストを達成している。
即ち、透過部の液晶の厚みは、反射部の液晶の厚みの二
倍としている。
【００１１】特願平９−３５９０３６号や特願平１０−
３６４２４７号においては、液晶モードとして２色性
色素をドープしたゲストホストタイプや、ツイスト配
向モード、ホモジニアス配向モード等が紹介されてい
る。透過領域と反射領域とで液晶層の厚みに差を付ける
ことに重点が置かれている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ここで、発明者らは、
透過領域と反射領域の液晶層の厚さを変えて、の
液晶モードのパネルをそれぞれ試作して検討を行った。
特に実用に最も近いと考えられるに関しては詳細に検
討した。
【００１３】ゲストホストモードを用いた反射透過併
用型液晶素子を作製し評価を行った。その結果、偏光板
を用いないために反射率、透過率の高いことを確認でき
た。しかし２色性色素の２色比が十分でないために、黒
レベルが十分に沈むことができずコントラスト不足であ
ることが分かった。
【００１４】のツイスト配向モードを反射透過型併用
液晶標示素子に適用してパネルを作成して評価を行っ
た。その結果ツイスト配向処理を行った場合には、透過
領域と反射領域との境界における液晶の配向の制御が困
難であることが分かった。
【００１５】のホモジニアスモードの評価を行った。
ホモジニアスモードとは、基板に対して液晶分子が水平
（平行）に配向するものである。面内での液晶配向方向
はラビング処理などにより一方向に制御されることが多
い。上下のラビングの方向がアンチパラレル方向になっ
ている。水平モードを用いると透過部と反射部に段差が
あった場合に、正確にリタデーションがその差に比例し
て得られる利点がある。つまり反射部の液晶層の厚みを
透過部の半分にすれば、リタデーションの差も半分にな
る。尚、水平モードには誘電率異方性が正の液晶材料を
用いる。
【００１６】液晶を水平配向させた反射透過併用型タイ
プをノーマリーホワイトモードとなるように光学設計し
たパネルについて本発明者らは試作検討を重ねた結果、
次に示すような欠点があることを認識した。
【００１７】水平モードでは、液晶パネルに５Ｖのオン
電圧を印加しても液晶は完全に垂直には立たず、リタデ
ーションが残留することが明らかとなった。残留するリ
タデーションは約６０ｍｍ程度である。
【００１８】黒レベルを下げるために残留するリタデー
ションと等価な位相差板を偏光板間に挿入することでコ
ントラスト向上を図ることができる。しかし、残留する
リタデーションはセル厚に依存するものであり一定では
ない。また位相差板もポリマーを遠心処理して作製した
ものであり、リタデーション値にバラツキがあり一定で
はない。そのために、両者が完全に打ち消し合うことは
非常に困難である。
【００１９】また、液晶材料の屈折率の波長分散と位相
差板の波長分散が完全に同等になることはありえない。
【００２０】これらの理由から水平モードでは、高コン
トラストを得ることは非常に困難であると発明者らは結
論づけた。
【００２１】仮に高いコントラストが得られたとして
も、黒を表示するために位相差板が１枚必要になること
は、コスト増を招く。特に位相差が数１０ｍｍといった
小さい位相差板は、その製造プロセスが微妙になりコス
トも高い。
【００２２】次に、視野角についても評価を行った。水
平配向モードは、ラビング処理等により液晶の配向方位
は一方向に制御されている。よって液晶分子の立ちあが
る方向は一方向である。
【００２３】液晶分子が立ちあがる方向から見ると、液
晶のリタデーションは大きくなる。しかしその方位の逆
方向（１８０°回転）から観察すると液晶のリタデーシ
ョンは小さくなってしまう。このように、電界により一
方向のみに液晶分子が傾斜する一軸配向モードは、観察
する方向で実効的なリタデーションが大きく異なってし
まう。
【００２４】観察する方向でのリタデーションの違い
が、見る方向による“画”の違いを生じさせるのは言う
までもない。つまりリタデーションの視角依存性が大き
いと、パネルの視認性の視野角特性も当然悪くなるので
ある。発明者らは、実験においても水平モードの視野角
特性が原理的に非常に悪いことを確認した。その原理は
上記に説明した理由からである。このように発明者ら
は、水平モードは反射透過型液晶表示素子に適しないと
認識した。
【００２５】本発明で解決しようとする課題は反射透過
併用型液晶表示素子に関し、透過表示モードにおいて高
コントラスト、高透過率を示し且つ、反射表示モードに
おいても高コントラスト、高反射率を両立させることで
ある。また、透過モード反射モード両者において広視野
角を両立させることである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
為に、以下の手段を講じた。即ち、本発明は、光を透過
可能な第一基板と、反射領域と透過領域を含む画素が形
成された第二基板と、間隙を介して互いに接合した第一
基板及び第二基板に保持された液晶とを有する液晶表示
素子であって、前記液晶は、電圧無印加状態で基板に対
し垂直に配向しており、該垂直に配向した液晶を挟む様
に一対の位相差板が配されており、前記一対の位相差板
は、可視域の波長帯に渡って互いに対称的な位相特性を
有することを特徴とする。具体的には、前記一対の位相
差板は遅相軸が互いに交差しており、その交差角が９０
°±１０°の範囲に設定されている。又、前記一対の位
相差板は、位相差の相対的なズレが±３０ｎｍ以内に抑
制されている。
【００２７】好ましくは、前記液晶は、該透過領域にあ
る部分の厚みが、該反射領域にある部分の厚みの二倍に
設定されている。例えば、前記第一基板及び第二基板の
少くとも片方が、該透過領域と該反射領域とで液晶の厚
みを変える為に段差を有している。この場合、前記段差
は、該第一基板及び第二基板の少くとも片方に形成した
絶縁膜を該透過領域から選択的に除去して形成した凹部
からなる。前記液晶は、該凹部を利用して配向制御され
ており、電圧印加に応じて垂直配向から多軸配向に切り
換わる。前記凹部はその幾何学的な中心に対して点対称
性を有する。
【００２８】好ましくは、前記液晶はカイラル剤が添加
されており、電圧印加に応じて垂直配向からツイスト配
向に変化する。又、前記液晶は、電圧印加に応じて透過
領域にある部分が多軸配向する一方、反射領域にある部
分が一軸配向する。又、前記液晶は、該透過領域に形成
された電極スリット又は柱状体を利用して多軸配向に制
御される。例えば、前記柱状体は、該第一基板と第二基
板の間隙を一定に規制するスペーサの役割を兼ねる。好
ましくは、前記反射領域は、該液晶を一軸配向する為に
ラビング処理が施されている一方、前記透過領域はラビ
ング処理が施されていない。場合によっては、紫外線の
選択照射により、該透過領域と該反射領域とで表面状態
に差異を生じさせ、もって該透過領域と該反射領域とで
液晶の配向状態を異ならしめると良い。
【００２９】発明者らは、前述した課題を解決する手段
として様々な液晶モードを検討した結果、本発明の様
に、液晶分子が基板に対して垂直方向に配向する垂直配
向モードが最適であると断定した。このモードに用いる
液晶材料は、屈折率異方性が液晶の長軸方向に平行なの
に対して、誘電率異方性は液晶の長軸方向に対して直交
する特徴を持つ。この垂直配向の特徴と光学設計を最適
化することで、高コントラスト、高透過率／高反射率及
び広視野角が、反射表示と透過表示の両者で得られるこ
とが分かった。その設計方法と原理は、上記の通りであ
る。即ち、垂直配向モードの液晶パネルを挟む一対の位
相差板が、可視域の波長帯に渡って互いに対称的な位相
特性を有することが重要である。具体的には、一対の位
相差板は遅相軸が互いに交差しており、その交差角が９
０°±１０°の範囲に設定されている。又、一対の位相
差板は、位相差の相対的なズレが±３０ｎｍ以内に抑制
されている。
【００３０】垂直配向を用いて、特に透過領域の液晶層
の厚さを反射領域の液晶層の厚さの約２倍にしたセル構
造を得ることで透過、反射モードの表示を行うことが好
ましい。電界オフ時は液晶が垂直配向しているのでリタ
デーションはない。電界オン時は液晶が傾斜するのでリ
タデーションが発生する。この時のリタデーション値を
透過領域でλ／２，反射領域でλ／４となるように、セ
ル厚と反射領域及び透過領域の段差を設計する。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る液晶表示
素子の基本的な構成を示す模式図であり、（Ａ）は三面
図、（Ｂ）は断面図である。図１に示す様に、本発明に
係る液晶表示素子は、光を透過可能な第一基板１と、反
射領域５と透過領域６を含む画素４が形成された第二基
板２と、間隙を介して互いに接合した第一基板１及び第
二基板２に保持された液晶３とを有する。前記液晶３
は、電圧無印加状態で基板１，２に対し垂直に配向して
いる。該垂直に配向した液晶３を挟む様に一対の位相差
板８，９が配されている。尚、さらにその外側には、一
対の偏光板１０，１１が配されている。加えて、偏光板
１１の外側には、バックライト１２が配されている。こ
こで、前記一対の位相差板８，９は、可視域の波長帯に
渡って互いに対称的な位相特性を有することを特徴とす
る。具体的には、前記一対の位相差板８，９は遅相軸が
互いに交差しており、その交差角が９０°±１０°の範
囲に設定されている。又、前記一対の位相差板８，９
は、位相差の相対的なズレが±３０ｎｍ以内に抑制され
ている。
【００３２】好ましくは、前記液晶３は、該透過領域６
にある部分の厚み２ｄが、該反射領域５にある部分の厚
みｄの二倍に設定されている。例えば、前記第一基板１
及び第二基板２の少くとも片方が、該透過領域６と該反
射領域５とで液晶３の厚みを変える為に段差を有してい
る。この場合、前記段差は、該第一基板１及び第二基板
２の少くとも片方に形成した絶縁膜を該透過領域６から
選択的に除去して形成した凹部７からなる。前記液晶３
は、該凹部７を利用して配向制御されており、電圧印加
に応じて垂直配向から多軸配向に切り換わる。前記凹部
７はその幾何学的な中心に対して点対称性を有する。
【００３３】好ましくは、前記液晶３はカイラル剤が添
加されており、電圧印加に応じて垂直配向からツイスト
配向に変化する。又、前記液晶３は、電圧印加に応じて
透過領域６にある部分が多軸配向する一方、反射領域５
にある部分が一軸配向する。例えば、前記液晶３は、該
透過領域６に形成された電極スリット又は柱状体を利用
して多軸配向に制御できる。この場合、前記柱状体は、
該第一基板１と第二基板２の間隙を一定に規制するスペ
ーサの役割を兼ねることが出来る。好ましくは、前記反
射領域５は、該液晶３を一軸配向する為にラビング処理
が施されている一方、前記透過領域６はラビング処理が
施されていない。場合によっては、紫外線の選択照射に
より、該透過領域６と該反射領域５とで表面状態に差異
を生じさせ、もって該透過領域６と該反射領域５とで液
晶の配向状態を異ならしめると良い。
【００３４】（Ｂ）に示す様に、反射モードで高コント
ラストを得るためには、位相差板８として、広帯域λ／
４板を用いる方法が有効である。液晶層３のリタデーシ
ョンをなくして偏光板１０と広帯域λ／４板８だけで黒
を表示する方法である。λ／４板８が広帯域でλ／４条
件を満たす。入射光は、基板２の反射領域で反射して二
度λ／４板８を通過するので直線偏光が９０°回転する
ことになる。つまり偏光板１０から入った直線偏光は全
く出射しないことになり、黒レベルが沈んで高いコント
ラストを得ることができる。発明者らは、この方法を用
いることが有効と判断した。つまり液晶表示素子の前面
側には偏光板１０とλ／４板８を配置する構造とした。
液晶層３は、垂直配向である。垂直配向は電界オフ時に
液晶分子が垂直配向しているためにリタデーションはな
い。よって反射モードはノーマリーブラックモードであ
る。
【００３５】反射モードをノーマリーブラックモードで
設計した場合、当然透過モードも同様にノーマリーブラ
ックモードに設計する必要がある。透過モードをノーマ
リーブラックモードにするには、次のことが必要とな
る。透過モードで有効な偏光板、位相差板の配置方法を
同じく図１の（Ｂ）に示す。パネル裏面側に、パネル表
面に配置したλ／４板８と全く等価な位相差板９を９０
°回転して配置するか、９０°回転して得られる位相差
板９と同じ光学効果をもつ位相差板を配置することが必
要である。これは、図１の（Ｂ）に示す構造において、
バックライト１２からの出射光の伝播状態を解析するこ
とから明らかになる。
【００３６】透過領域６における光の伝播を解析する。
バックライト１２からでた光は、偏光板１１により直線
偏光に変換される。次に裏面のλ／４位相差板９により
円偏光に変換される。次に、液晶層３を通過するときに
は、液晶が垂直配向しているため位相差が無く偏光状態
は変わらない。次に位相差板９に対して光軸が９０°回
転した表面側の位相差板８を通過する。このとき、円偏
光は直線偏光に変換されて、その偏光方向は偏光板１１
を通過した時と全く同じ方向をとる。偏光板１１と偏光
板１０とは直交しているために、光は偏光板１０を透過
せず黒を示す。この時の黒レベルは、偏光板をクロスニ
コル配置した時と同等であり、非常に黒レベルの透過光
強度は小さく、透過モード時に高コントラストを容易に
得ることができる。
【００３７】尚、一対の位相差板８，９や、一対の偏光
板１０，１１を上記のように各々９０°直交させずに、
パラレルにしてもノーマリーブラックモードでの駆動が
可能である。その原理は、λ／４位相差板２枚で、λ／
２板を形成することで、入射した直線偏光を９０°回転
させることにより実現できる。しかし位相差板２枚で可
視域波長領域においてλ／２条件を満たすことは非常に
困難である。平行に配置するよりは、上記のように直交
させるほうが容易に暗状態を得ることができる。
【００３８】一対の位相差板を直交配置させた場合に、
λ／４位相差板８とλ／４位相差板９とは可視域の波長
帯において全く等価な位相差を持つことが必要である。
それは、すべての波長の光においてλ／４位相差板８と
λ／４位相差板９とが打ち消し合うことで、黒を表示す
るからである。
【００３９】反射モードでも、表面側のλ／４位相差板
８は用いるので、広帯域のλ／４板であることが必要で
ある。もっとも理想的な位相差板の構成は次に示す構造
である。即ち、λ／４位相差板８と９ともに可視域波長
の全体においてλ／４の位相差を持つこと、及び、λ／
４位相差板８，９の光軸が９０°の角度をなして配置さ
れることである。
【００４０】λ／４位相差板８，９は一軸性の位相差板
であってもよいし、二軸性の位相差板であっても構わな
い。しかし、面内の位相差に関しては上記のような二条
件を満たすことは必要である。
【００４１】視野角を広げるために、λ／４位相差板
８，９の他に屈折率異方性が負である位相差板を配置し
ても構わない。しかし、面内の位相差に関しては同じく
上記のような条件を満たすことは必要である。
【００４２】尚、透過領域６において、電圧を印加する
と液晶３は垂直配向から多軸配向に移行し、λ／２位相
差板として機能する。従って、入射直線偏光は、９０°
回転して出射直線偏光となり、表面側の偏光板１０を通
過する。よって、白表示が得られる。又、反射領域５に
おいて、電圧を印加すると液晶３は垂直配向から一軸配
向に移行し、λ／４位相差板として機能する。反射領域
では光が往復するので、結局液晶３は透過領域と同じく
往復でλ／２位相差板と等価になり、入射直線偏光は、
９０°回転して出射直線偏光となり、表面側の偏光板１
０を通過する。よって、白表示が得られる。前述した様
に、液晶３は、透過領域６にある部分の厚みが、反射領
域５にある部分の厚みの二倍に設定されており、透過領
域６では電圧印加に応じてλ／２位相差板として機能
し、反射領域５では電圧印加に応じてλ／４位相差板と
して機能する。
【００４３】発明者らは、特に透過時の視野角特性を広
げるために有効な液晶配向方法について検討した。その
結果、図２に示すように電界無印加状態においては垂直
配向をとり、電界を印加して液晶分子を傾斜させる。そ
の傾斜方向を３６０°面内に均等に分布させ、所謂放射
配向又は多軸配向とすることで、視野角を大幅に拡大で
きることが分かった。反射部、透過部の配向をこのよう
に制御することで両モードの視野角を飛躍的に向上させ
ることができる。特に透過部の配向を上記した様に制御
することが反射部より効果が大きいことを確認した。反
射部は、傾斜方向が一様であっても散乱反射板等を設置
することで広視野角化が可能であるためである。
【００４４】液晶の配向方向を様々な方向に制御する技
術は既に検討されており、例えば、Ｙ．Ｔｏｋｏ ｅ
ｔ．Ａ１．，Ｓ１Ｄ’９３ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅ
ｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，２４（１９９３）６２２がある。
ＴＮモードにおいて、ラビング処理を行わないことで、
液晶の配向方向に分布を持たせることを特徴とする技術
である。
【００４５】垂直配向においても同様な技術として、
Ｔ．Ｙａｍａｍｏｔｏ ｅｔ．Ａ１．，ＳｌＤ’９１
Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，２２
（１９９１）１０８１などが報告されている。この技術
は、電界を利用して液晶分子を放射状に傾斜させること
で視野角を向上させるものである。
【００４６】垂直配向モードにおいて液晶の配向方位を
３６０°あらゆる方向に分布させることで視野角を向上
しつつ、透過率を向上させる技術が報告されている。
Ｙ．Ｉｗａｍｏｔｏ．ｅｔ．ａｌ ＳｌＤ’００ Ｄｉ
ｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，３１（２０
００）９０２である。この報告では、液晶配向方向を電
界で放射状に分布させることで視野角を広くしつつ、λ
／４板を偏光板の前後に配置することで透過率を向上さ
せている。原理は、λ／４板を導入することで透過率が
液晶の配向方位に依存しなくなるためである。同時に液
晶が偏光板と同一方向に配向した領域においても光が透
過する特徴がある。
【００４７】本発明においても、透過表示領域において
λ／４板の配置が必要である。そのために、上述した
Ｙ．Ｉｗａｍｏｔｏ．ｅｔ．ａｌ ＳｌＤ’００ Ｄｉ
ｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，３１（２０
００）９０２の技術とを組み合わせることが可能であ
る。すなわち、透過領域の液晶分子の配向状態を何らか
の方法で全ての方位に分散させることで、視野角の向上
と高い透過率を両立することが可能である。
【００４８】尚、液晶の配向方向を３６０°方位に分散
させる必要性はなく、一般に２方向、３方向、４方向等
多軸に分割しても同様な効果が得られる。
【００４９】透過表示領域の液晶分子を電界オン時にあ
らゆる方向に傾斜させる方法としては，様々な方法が提
案できる。その中でも発明者らが特に有効と考えるの
が、反射部と透過部に段差を設けて溝のような構造を導
入する方法である。この構造は、同時に、透過領域にあ
る液晶の厚みを、反射領域にある液晶の厚みの二倍に設
定する条件を満たすことが望ましい。
【００５０】具体的な構造としては、図３のような構造
が考えられる。尚、理解を容易にする為に、図１に示し
た実施形態と対応する部分には対応する番号を付してあ
る。本実施形態の場合、凹部７の形状は、透過部６の重
心に対して対称性を持つことが望ましい。それは、液晶
３の配向方位を重心から中心に向って放射状に制御しや
すいからである。その為に、図３に示す溝からなる凹部
７が形成されている。凹部７があった場合には、液晶分
子はその溝の傾斜角にそって配向することから、電界印
加時に放射状に傾斜させるための制御に最適である。
【００５１】透過部６のほぼ重心に相当する位置には、
電界オン時に放射状の配向を誘起するような核を配置す
ることが望ましい。核の配置は液晶を保持する基板のど
ちら側にあっても構わない。核としては、電極をパター
ンニングして取り除いたものや、図示の様に平坦化膜な
どで突起１３をフォトリソ工程で作製したものでもよ
い。尚、突起物で核を作製する場合は、その突起が２枚
の基板１，２間を保持するためのスペーサ機能を兼ねる
ことも可能である。
【００５２】発明者らが提案する反射透過併用型液晶素
子の透過領域における液晶の配向制御を上記のように行
うことで、透過モードにおいて広視野角、高透過率を実
現できることが以下の実施例から明らかである。
【００５３】先ず実施例１のパネル断面構造を図４に示
す。尚、理解を容易にする為に、図１に示した実施形態
と対応する部分には対応する番号を付してある。本液晶
表示素子は、カラーフィルタ基板１とＴＦＴ（Ｔｈｉｎ
Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板２の２枚から
なる。２枚の基板１，２間はスペーサ２２を介して液晶
３を挟みこむ構造をとる。
【００５４】ＴＦＴ基板２には、画素４をアクティブ駆
動するためのＴＦＴ素子２１が形成されている。又、Ｔ
ＦＴ素子２１に接続するゲート線Ｇ及び信号線Ｓも形成
されている。ＴＦＴ２１上に平坦化層２３として透明な
感光性樹脂がパターニングされている。平坦化膜２３の
厚さは約２．０μｍである。平坦化膜２３は透過領域６
には残らないようにパターンニングする。透過領域６は
正八角形の形状を取る凹部７を有している。平坦化膜２
３上には透明電極２４であるＩＴＯが画素全域に形成さ
れている。透明電極２４上の画素の反射領域５には凹凸
構造の光散乱効果のある構造を感光性樹脂でパターンニ
ングにより形成している。反射領域５には、凹凸構造の
上に電極と反射板を兼ねるＡｌ金属膜２５を形成する。
このＴＦＴ側の画素構造で、トランジスタのドレイン電
極とＩＴＯ，Ａｌとは物理的に接触を取るような構造に
なるようにパターニングする。
【００５５】カラーフィルタ（ＣＦ）基板１には、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ２９がス
トラライフ状に形成されている。そのカラーフィルタ２
９の上には、１００ｍｍ厚の透明電極２７がＩＴＯで形
成されている。ＣＦ側基板１には、ＩＴＯ上に円錐状の
突起１３を形成した。突起１３の作成は感光性樹脂をフ
ォトリソグラフィー処理で作りこんだ。感光性材料をス
ピンコートとして、露光現像した後に１８０℃でミッド
ベイクすることで円錐に近い構造とした。突起１３の大
きさは半径５μｍで高さは１．５μｍとした。突起１３
は重ね合わせた時に、ＴＦＴ基板２の八角形の透過領域
６の中心に位置するように配置した。
【００５６】ＴＦＴ基板２、ＣＦ基板１ともに垂直配向
膜２６，２８を配向剤ＪＡＬＳ−２０２１（ＪＳＲ
（株））により５０ｍｍ印刷方法で製膜する。その後、
１８０℃１時間オ一ブンで熱処理を行う。熱処理後にＴ
ＦＴ基板２、ＣＦ基板１が重ね合わせた時にお互いのラ
ビング方向がアンチパラレルになるような方位に配向膜
２６，２８のラビング処理を行う。
【００５７】ラビング処理を施したＴＦＴ基板２にコモ
ン電極接続用の導電剤塗布を行い、２．０μｍのアクリ
ル系スペーサ２２を散布した。ＣＦ基板１にはシール材
を塗布した。ＴＦＴ基板２とＣＦ基板１とを重ね合わせ
て１３．３Ｐａ、１２０℃で２時間放置して接着させ
る。重ね合わせ後に、透過部６の厚さが４．０μｍ，反
射部５が２．０μｍとなっていることを確認した。
【００５８】空パネルに真空注入方法で液晶３を注入す
る。注入した液晶３は、誘電率異方性が負の液晶材料で
ある。誘電率異方性（Δε）は−５．５である。屈折率
異方性（Δｎ）は０．０８である。
【００５９】この後、位相差板及び偏光板をパネルに貼
り合わせた。上から順に偏光板１０（観察側）、位相差
板８１、位相差板８２、液晶層３、位相差板９１、位相
差板９２、偏光板１１（バックライト側）を重ねた積層
構造となっている。観察側に位置する位相差板８１と位
相差板８２とでλ／４波長板を構成している。又、バッ
クライト側の位相差板９１及び９２で他のλ／４波長板
を構成している。
【００６０】図５は、図４に示した実施例１のパネル構
造を表にして模式的に表わしたものである。図示する様
に、実施例１に係る液晶表示素子は、上から順に偏光板
（観察側）、位相差板１、位相差板２、液晶層、位相差
板３、位相差板４、偏光板（バックライト側）を重ねた
積層構造となっている。観察側に位置する位相差板１と
位相差板２とでλ／４波長板を構成している。又、バッ
クライト側の位相差板３及び４で他のλ／４波長板を構
成している。観察側の位相差板１とバックライト側の位
相差板４とが、互いに対応しておりそれぞれ位相差が２
７０ｎｍと等しい。又、位相差板２と位相差板３とが対
応しており、それぞれ位相差が１４０ｎｍで等しくなっ
ている。互いに対応する位相差板１，４の遅相軸は９０
°で直交している。同様に、位相差板２，３の遅相軸も
互いに直交している。加えて、観察側の偏光板とバック
ライト側の偏光板とも、吸収軸が互いに直交している。
【００６１】係る構造のパネルにおいて、透過モードで
の測定結果も図５に示されており、黒表示時の透過率が
２．０％で、白表示時との比を表わすコントラストは１
５０であった。本実施例の透過表示モードにおいて、位
相差板１と位相差板４及び位相差板２と位相差板３は、
位相差が等しく遅相軸が直交しており、最も暗状態の透
過率が小さくなり且つコントラストが大きくなる。
【００６２】尚、実施例１に係る反射透過型併用型液晶
表示素子の光学特性は下記に示す定義に従って測定を行
った。反射モード時の反射率とコントラストは次に示す
定義で測定した。即ち、反射率はパネル法線方向から３
０度の平行光を入射させて法線方向の反射強度を持って
定義した。ただし反射率１００％の反射強度は、標準白
色板（ＭｇＯ）の反射率をとした。反射モードのコント
ラストは、４．５Ｖ印加時の反射率を印加しないときの
反射率で割った値で定義した。透過モードの透過率とコ
ントラスト、視野角は次に示す定義で測定した。透過モ
ードの透過率は、４．５Ｖ印加時の液晶パネル透過後の
透過光強度をバックライト光強度で割った値で定義す
る。コントラストは、４．５Ｖ印加時の透過光強度を電
圧無印加状態の透過光強度で割った値である。
【００６３】図６は、図５に示した各位相板及び偏光板
の配置関係を模式的に表わしている。図６に示した双頭
矢印は、各位相差板の遅相軸及び偏光板の吸収軸の方位
を表わしている。この方位は、水平軸を基準にして反時
計方向に測定されており、その角度数値が図５の表にま
とめられている。図６の模式図から明らかな様に、互い
に対応する位相差板１と位相差板４の遅相軸は直交して
おり、位相差板２と位相差板３の遅相軸も互いに直交し
ている。又、観察側の偏光板１とバックライト側の偏光
板２の吸収軸も互いに直交している。加えて、ＴＦＴ基
板側のラビング方向とＣＦ基板側のラビング方向はアン
チパラレルの関係になっている。
【００６４】図７は、実施例２の構成を表にまとめたも
のである。実施例２は、図５に示した理想構造である実
施例１と基本的に同様な構成を有している。異なる点
は、位相差板１の遅相軸を１００°〜１２０°の間で２
°刻みで変化させたことである。
【００６５】この条件で実施例２の透過モードにおける
光学特性を測定した。その結果を図８に示す。前述した
様に、実施例２では、位相差板１の遅相軸を１００°〜
１２０°の間で２°刻みに変化させており、各々の角度
で、透過率及びコントラストを測定している。
【００６６】図９は、図８に示した透過率の測定結果を
グラフ化したものである。横軸に位相差板１の遅相軸を
取り、縦軸に透過率を取ってある。グラフから明らかな
様に、位相差板１の遅相軸が理想状態である１１０°に
設定されている時、透過率は２％まで上がる。これから
ずれるに従って、透過率は低下していく。
【００６７】図１０は、図８に示した実施例２のコント
ラストの測定結果をグラフ化したものである。横軸に位
相差板１の遅相軸を取り、縦軸にコントラストを取って
ある。位相差板１の遅相軸が理想的な状態である１１０
°に設定されている時、コントラストは１５０で最も高
くなる。一般に、コントラストは、最低で１０は必要と
考えられている。従って、位相差板の遅相軸は１００°
〜１２０°の範囲で有効である。１１０°を基準とする
と、遅相軸のずれは±１０°の範囲に収まれば実用的に
問題はない。
【００６８】図１１は、実施例３のパネル構造を表にし
たものである。基本的には、実施例１と同様であるが、
位相差板２の位相差を１１０ｎｍ〜１７０ｎｍの間で変
化させて、透過モードの光学特性を測定した。
【００６９】図１２は、実施例３の透過モードにおける
光学特性の測定結果を表わしている。
【００７０】図１３は、図１２に示した測定結果の内、
透過率の変化をグラフ化したものである。横軸に位相差
板２の位相差を取り、縦軸に透過率を取ってある。位相
差板２の位相差が１３５ｎｍの時、黒表示モードにおけ
る透過率が最も高くなり、ピークから離れるに従って透
過率は低くなる。しかし、その変化は全体的に小さな範
囲に留まっている。
【００７１】図１４は、図１２に示した実施例３の測定
結果の内、コントラストの変化をグラフ化したものであ
り、横軸に位相差板２の位相差を取り、縦軸にコントラ
ストを取ってある。グラフから明らかな様に、位相差板
２の位相差がちょうど理想的な状態である１４０ｎｍの
時、コントラストは最も高くなる。コントラストは前述
した様に最低でも１０程度は必要であるが、好ましくは
２０より大きいことがよい。この場合、位相差板２の位
相差はほぼ１１０ｎｍ〜１７０ｎｍの間に入っていれ
ば、実用的に見て十分である。中央の１４０ｎｍを基準
とすると、位相差のずれは±３０ｎｍまで許容可能であ
る。
【００７２】本発明に係る垂直配向モードと、ホモジニ
アス配向モードとで光学特性の比較を行うために、ホモ
ジニアス配向の反射透過併用型液晶表示素子を参考例と
して試作した。その光学構成を図１５の表図にまとめて
ある。
【００７３】作製プロセスは実施例１で示したものとほ
とんど同じであるため、相違点のみ記載する。先ず実施
例１で設けたＣＦ基板側の突起物は、ホモジニアス配向
モードでは設けなかった。次に、配向処理には垂直配向
膜の代わりに水平配向する配向膜を用いた。具体的に
は、ＳＥ７４９２（日産化学）を用いた。ラビング方向
は実施例１に示すものと同じ方向とした。又、注入する
液晶は、誘電率異方性が正でありΔｎが０，０７５のも
のを用いた。基板の重ね合わせは、２．０μｍの散布ス
ペーサを用いて組み立てた。位相差板及び偏光板の構成
は図１５に示した通りである。
【００７４】参考例の光学特性を実施例１と同一の条件
で測定した。透過モードにおいて、透過率は２．０で、
コントラストは８０であった。このの結果から明らかな
ように、ホモジニアス配向の参考例と比較して、実施例
１の垂直配向モードの方が、コントラストで優れること
が確認できた。
【００７５】続いて実施例４の形態を図１６に示す。
尚、理解を容易にする為、実施例１と対応する部分には
対応する参照番号を付してある。実施例１において、Ｃ
Ｆ側基板に設けた突起物の代わりに、透明電極２７を円
状にエッチングで取り除いた構造を用いた。このＩＴＯ
スリット５０は、実施例１の突起物と同じ効果を生む。
透過領域６の電界印加時の液晶配向状態を確認したとこ
ろ、ＩＴＯスリットを中心にして放射状に液晶が配向し
ていることを確認した。このように作製した液晶表示素
子の光学特性を実施例１と同じ方法で評価した。透過モ
ードにおいて、透過率は２．０で、コントラストは１５
０であった。実施例１と同様な結果が得られることを確
認した。
【００７６】続いて実施例５の形態を図１７に示す。
尚、理解を容易にする為、実施例１と対応する部分には
対応する参照番号を付してある。実施例１で設けた突起
物に代えて、ＩＴＯ上に十字状のリブ構造１３を設け
た。透過領域６の電界印加時の液晶配向状態を確認した
ところ、十字状のリブ構造１３を中心にして放射状に液
晶が配向していることを確認した。このように作製した
液晶表示素子の光学特性を実施例１と同じ方法で評価し
た。透過モードにおいて、透過率は２．０で、コントラ
ストは１５０であった。実施例１と同様な結果が得られ
ることを確認した。
【００７７】実施例１で行った配向処理工程において、
ＴＦＴ基板のみラビング処理を行う場合と、ＣＦ側基板
のみラビング処理を行った場合と、両基板にラビング処
理を行わなかった場合で液晶表示素子を作製し、実施例
６とした。片側基板のみラビング処理を行った場合は、
液晶の配向状態は実施例１とほぼ同じであった。両基板
ともにラビング処理を行わない場合は、透過領域の配向
状態は実施例１よりも、より対称性に優れた放射状に配
向することが確認できた。反射領域の配向も、散乱板の
凹凸が液晶配向をランダムにする効果があり反射モード
の視野角も広くなった。ランダム配向になっているにも
関わらず、反射率の低下は少なかった。このことは、本
発明の効果が反射モードにおいても機能しているためで
ある。このように作製した液晶表示素子の光学特性を実
施例１と同じ方法で評価した。透過モードにおいて、透
過率は２．０％で、コントラストは１５０であった。実
施例１と同様な結果が得られることを確認した。
【００７８】実施例７の形態を図１８に示す。尚、理解
を容易にする為、実施例１と対応する部分には対応する
参照番号を付してある。実施例１で設けたＣＦ基板上の
突起物に代えて、高さ約４．０μｍのスペーサ柱６０を
形成した。透過領域６は断面形状が正八角形で対角線を
８μｍとした。このＣＦ基板１とＴＦＴ基板２とをスペ
ーサ散布プロセスなしで、貼り合わせた。その結果、セ
ル厚は散布スペーサと同様に透過部６が約４．０ｍ，反
射部５は約２．０μｍであることが分かった。同時に電
界印加時に透過領域６の液晶の配向状態を観察したとこ
ろ、スペーサ柱６０を中心に放射状に液晶の配向が制御
されていることも確認した。つまり本実施例では、突起
物６０がＴＦＴ基板２とＣＦ基板１間を保つスペーサと
して機能すると同時に、透過領域６を放射状に配向させ
るための核としても機能することが確認できた。このよ
うに作製した液晶表示素子の光学特性を実施例１と同じ
方法で評価した。透過モードにおいて、透過率は１．８
５％で、コントラストは１５０であった。実施例１と同
様な結果が得られることを確認した。尚、スペーサ柱６
０の部分が透過率に寄与しないために若干電圧オン時の
透過率が小さくなるがその他のパラメータは実施例１と
比較して遜色はない。
【００７９】実施例８の形態を図１９に示す。実施例１
の配向処理のプロセスを変更し、次に示すような手法で
液晶の配向制御を行った。即ち、ＴＦＴ基板、ＣＦ基板
ともに、垂直配向膜としてＪＡＬＳ２０２１（ＪＳＲ）
を印刷して１８０度で１時間ベイクする。その後に、偏
光した紫外線を配向膜に選択的に照射する。紫外線ラン
プには水銀ランプを用いた。紫外線の偏光は、誘電体多
層膜を積層させたものを通過させることにより実現し
た。偏光紫外線は基板法線に対して４５°の角度をなす
ような方位から照射した。また図１９で定義する照射方
向を、実施例１のラビング方向と同じ方向になるように
した。偏光紫外線は、マスクを用いることで反射部領域
だけに選択的に照射を行った。照射した紫外線エネルギ
ーは３６５ｎｍで約１［Ｊ／ｃｍ２］である。上記した
配向プロセスを行うことで、反射部のみに配向処理を行
うことができた。このよう則に配向処理を行った両基板
を貼り合わせて液晶表示素子を作製して、実施例１と同
様な評価を行った。透過モードにおいて、透過率は２．
０で、コントラストは１５０であった。光学特性は、実
施例１とほとんど同じであったが、透過領域は実施例１
と比較して均一に配向分割されていることを光学顕微鏡
で確認した。
【００８０】実施例９としてカイラル材を混入した液晶
を用いた。実施例１において、注入する液晶のみを変え
てパネルを試作した。液晶材料自身は同じものを用いた
が、液晶中にカイラル剤を混入してカイラルピッチを５
０μｍに調整した。この液晶を実施例１と同じプロセス
で注入して、実施例１と同じように実装して光学特性を
評価した。透過モードにおいて、透過率は２．０で、コ
ントラストは１５０であった。光学特性は実施例１と遜
色はないが人間の目で観察した結果、視野角特性が実施
例１と比較して優れることを確認した。
【００８１】
【発明の効果】本発明を用いることで、反射透過型併用
液晶表示素子において次に示す効果が期待できる。 １．反射表示領域において、高コントラスト、高反射率
を両立することが可能となる。 ２．透過表示領域において、高コントラスト、高透過
率、広視野角を実現可能となる。 ３．位相差板の設計がシンプルで、位相差板の枚数が最
小２枚まで削減可能で、パネルを安価に作製することが
可能となる。なお、位相板は一対に限られることなく、
二対以上であっても良い。 ４．垂直配向のノーマリーブラックモードであるため、
コントラスト対策の遮光処理を行う必要がない。遮光が
必要ないことで開口率が大きくなり、高い反射率と透過
率を実現できる。 ５．垂直配向モードは電圧一透過率カーブの閾値が大き
い特徴がある。そのためにクロストークが認識しにくい
という利点がある。 ６．ラビング工程を省くことも可能であり、ラビング洗
浄も省くことができる。二工程のプロセスが削減され、
タクト時間が減ると同時に、ラビングによる歩留まり低
下も防げる。同時にラビングによる粉塵発生も防ぐこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の基本的な構成を示
す模式図である。
【図２】図１に示した液晶表示素子の液晶配向状態を示
す模式図である。
【図３】図１に示した液晶表示素子の変形例を示す模式
図である。
【図４】本発明に係る液晶表示素子の実施例１を示す模
式図である。
【図５】実施例１の構造を示す表図である。
【図６】実施例１の構造を示す模式図である。
【図７】実施例２の構成を示す表図である。
【図８】実施例２の光学特性の測定結果を示す表図であ
る。
【図９】実施例２の光学特性の測定結果を示すグラフで
ある。
【図１０】実施例２の光学特性の測定結果を示すグラフ
である。
【図１１】実施例３の構造を示す表図である。
【図１２】実施例３の測定結果を示す表図である。
【図１３】実施例３の測定結果を示すグラフである。
【図１４】実施例３の測定結果を示すグラフである。
【図１５】参考例の光学設計を示す表図である。
【図１６】他の実施例を示す模式図である。
【図１７】他の実施例を示す模式図である。
【図１８】他の実施例を示す模式図である。
【図１９】他の実施例を示す模式図である。
【符号の説明】
１・・・基板、２・・・基板、3・・・液晶層、４・・
・画素、５・・・反射領域、６・・・透過領域、７・・
・凹部、８・・・位相差板、９・・・位相差板、１０・
・・偏光板、１１・・・偏光板、１２・・・バックライ
ト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木田 芳利 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA06 BA07 BB03 BC22 2H090 HA07 HB07X JA03 JC03 JC17 KA04 LA04 LA06 LA09 LA15 LA16 MA01 MA13 MB02 MB03 2H091 FA11 FA16Y FB08 GA06 GA13 HA18 LA11 LA13 LA17 LA18

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光を透過可能な第一基板と、反射領域と
    透過領域を含む画素が形成された第二基板と、間隙を介
    して互いに接合した第一基板及び第二基板に保持された
    液晶とを有する液晶表示素子であって、 前記液晶は、電圧無印加状態で基板に対し垂直に配向し
    ており、 該垂直に配向した液晶を挟む様に一対の位相差板が配さ
    れており、 前記一対の位相差板は、可視域の波長帯に渡って互いに
    対称的な位相特性を有することを特徴とする液晶表示素
    子。
  2. 【請求項２】 前記一対の位相差板は遅相軸が互いに交
    差しており、その交差角が９０°±１０°の範囲に設定
    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。
  3. 【請求項３】 前記一対の位相差板は、位相差の相対的
    なズレが±３０ｎｍ以内に抑制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。
  4. 【請求項４】 前記液晶は、該透過領域にある部分の厚
    みが、該反射領域にある部分の厚みの二倍に設定されて
    いることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
  5. 【請求項５】 前記第一基板及び第二基板の少くとも片
    方が、該透過領域と該反射領域とで液晶の厚みを変える
    為に段差を有していることを特徴とする請求項１記載の
    液晶表示素子。
  6. 【請求項６】 前記段差は、該第一基板及び第二基板の
    少くとも片方に形成した絶縁膜を該透過領域から選択的
    に除去して形成した凹部からなることを特徴とする請求
    項５記載の液晶表示素子。
  7. 【請求項７】 前記液晶は、該凹部を利用して配向制御
    されており、電圧印加に応じて垂直配向から多軸配向に
    切り換わることを特徴とする請求項６記載の液晶表示素
    子。
  8. 【請求項８】 前記凹部はその幾何学的な中心に対して
    点対称性を有することを特徴とする請求項６記載の液晶
    表示素子。
  9. 【請求項９】 前記液晶はカイラル剤が添加されてお
    り、電圧印加に応じて垂直配向からツイスト配向に変化
    することを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
  10. 【請求項１０】 前記液晶は、電圧印加に応じて透過領
    域にある部分が多軸配向する一方、反射領域にある部分
    が一軸配向することを特徴とする請求項１記載の液晶表
    示素子。
  11. 【請求項１１】 前記液晶は、該透過領域に形成された
    電極スリット又は柱状体を利用して多軸配向に制御され
    ることを特徴とする請求項１０記載の液晶表示素子。
  12. 【請求項１２】 前記柱状体は、該第一基板と第二基板
    の間隙を一定に規制するスペーサの役割を兼ねることを
    特徴とする請求項１１記載の液晶表示素子。
  13. 【請求項１３】 前記反射領域は、該液晶を一軸配向す
    る為にラビング処理が施されている一方、前記透過領域
    はラビング処理が施されていないことを特徴とする請求
    項１記載の液晶表示素子。
  14. 【請求項１４】 紫外線の選択照射により、該透過領域
    と該反射領域とで表面状態に差異を生じさせ、もって該
    透過領域と該反射領域とで液晶の配向状態を異ならしめ
    ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
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