JP2003029254A

JP2003029254A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2003029254A
Application number: JP2001210979A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Otake; 利也大竹; Yuzo Hisatake; 雄三久武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な表示品位が得られるとともに駆動電圧の
低減を図ることが可能な液晶表示素子を提供する。【解決手段】印加電圧に応じて入射光を変調する駆動液
晶層９と、駆動液晶層に対向して設けられ、入射する光
を選択的に反射する選択反射層４と、駆動液晶層の両側
に設けられ、駆動液晶層に電圧を印加する電極を有した
２枚の基板１、１１と、を備えている。偏光反射層は、
コレステリック液晶あるいはカイラルネマチック液晶を
ポリマー化して形成されているとともに螺旋状の液晶分
子配列を有し、螺旋状液晶分子配列の回転軸は、上記基
板の法線方向に対し約１０°±５°傾斜している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に関
し、特に、偏光反射素子を備えた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。中でも反射型液
晶表示素子は、バックライトが不要であることから低消
費電力、且つ薄型軽量といった利点を有し、モバイルＰ
Ｃ等の携帯機器用ディスプレイヘの応用が検討されてい
る。

【０００３】しかしながら、従来の反射型液晶表示素子
は、紙と同様に外光を利用して表示する構成であるた
め、使用する環境自体が暗いと表示画面も暗くなり、使
用が困難となる。特に暗闇では全く利用することができ
ない。そのため、反射型液晶表示素子は、少しでも光の
利用効率が高い方式の開発が望まれている。

【０００４】光の利用効率を高めるためには、偏光板や
位相差板、カラーフィルタなどの最適化、或いは偏光板
やカラーフィルタを用いないゲストホストモードの採
用、更には、反射効率の高い反射層の開発などが有効で
ある。

【０００５】そのうち、反射効率の高い反射層として、
コレステリック液晶などの偏光反射素子を用いる方法が
提案されている。コレステリック偏光反射素子は、反射
層に入射する光のうち、特定方向の円偏光の光を反射す
るものである。反射する光の波長領域は、コレステリッ
ク液晶の螺旋ピッチによって変わるため、ピッチの異な
るコレステリック液晶層を複数積層することで、反射さ
せたい波長領域のみを反射させることができる。特に、
コレステリック液晶層を６層以上積層させることによ
り、可視光領域のほとんどを反射させることも可能とな
る。このようなコレステリック偏光反射素子では、通常
用いられるＡｌなどの金属反射層と比べると、光の吸収
が少ないため光の利用効率が高い。

【０００６】また、上述した反射型液晶表示素子は暗闇
では全く利用することができないといった問題に対し、
暗い環境では透過型液晶表示素子として利用できるよう
に、反射層を半透過反射層、つまりはハーフミラーとし
て、バックライトを具備した半透過型液晶表示素子も開
発されている。

【０００７】更に、反射層に画素ごと対応したピンホー
ルを設け、画素ごとに配置したマイクロレンズを用いた
半透過型液晶表示素子が検討されている。このような表
示素子を反射型として用いる場合、反射型液晶表示素子
と比較して、ピンホール分しか表示画面の明るさが低下
しない。また、透過型として用いる場合、バックライト
を出射した光をマイクロレンズにより集光し、ピンホー
ルを通過させることにより、透過型液晶表示素子と同様
の表示画面の明るさを得ることができる。これにより、
半透過型液晶表示素子の明るさを改善したものである。

【０００８】一方、半透過型液晶表示素子の反射層とし
て、上述したコレステリック偏光反射素子を採用するこ
とにより、光の利用効率が高く、明るい環境でも暗い環
境でも視認性の高い見易い液晶表示素子が実現できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】コレステリック偏光反
射素子を用いた液晶表示素子では、ＴＮモードやホモジ
ニアスモード、ＯＣＢモード、垂直配向（ＶＡ）モード
などの様々な液晶表示モードを採用することができる。
いずれのモードを採用するかは、液晶表示素子の利用目
的や他の構成部材との関係により決めることができる。
特に、車載用途など広い温度範囲で利用する液晶表示素
子の場合には、ホモジニアスモードやＯＣＢモードなど
液晶のねじれ角が０°で配列するＰ型の液晶モードが望
ましい。

【００１０】しかしながら、ホモジニアスモードやＯＣ
Ｂモードなどを採用した場合、十分なコントラストを得
るためには駆動電圧が高くなり、消費電力が増大すると
ともに駆動用回路などに高耐圧のものが必要となる。そ
の結果、製造コストが高くなる傾向が有り、この駆動電
圧を低くすることが望まれている。

【００１１】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、反射型および透過型のいずれとして機
能した場合でも、良好な表示品位が得られるとともに駆
動電圧の低減を図ることが可能な液晶表示素子を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る液晶表示素子は、印加電圧に応じて
入射光を変調する駆動液晶層と、入射する光を選択的に
反射する偏光反射層と、上記駆動液晶層の両側に設けら
れ、上記駆動液晶層に電圧を印加する電極を有した少な
くとも２枚の基板と、を備え、上記偏光反射層は、コレ
ステリック液晶あるいはカイラルネマティック液晶をポ
リマー化して形成されているとともに螺旋状の液晶分子
配列を有し、上記螺旋状液晶分子配列の回転軸は、上記
基板の法線方向に対し約１０°±５°傾斜していること
を特徴としている。

【００１３】上記構成の液晶表示素子によれば、偏光反
射層の液晶分子配列の螺旋軸を傾けることにより、偏光
反射層に位相差を持たせることができる。そして、駆動
液晶層への印加電圧を低くし液晶分子が十分に立ちきら
ない場合でも、その時の駆動液晶層の位相差を、偏光反
射層の位相差により相殺することができる。そのため、
駆動液晶層の駆動電圧を低くした場合でも、表示品位の
優れた画像を表示することができ、消費電力の低減を図
ることができる。

【００１４】また、この発明に係る液晶表示素子は、印
加電圧に応じて入射光を変調する駆動液晶層と、入射す
る光を選択的に反射する偏光反射層と、上記駆動液晶層
の両側に設けられ、上記駆動液晶層に電圧を印加する電
極を有した少なくとも２枚の基板と、を備え、上記偏光
反射層は、コレステリック液晶あるいはカイラルネマテ
ィック液晶をポリマー化して形成されているとともに螺
旋状の液晶分子配列を有し、上記液晶分子のねじれ角は
１８０°の整数倍から約３０°ないし９０°ずれている
ことを特徴としている。

【００１５】更に、この発明に係る液晶表示素子は、印
加電圧に応じて入射光を変調する駆動液晶層と、コレス
テリック液晶あるいはカイラルネマティック液晶をポリ
マー化して形成されているとともに螺旋状の液晶分子配
列を有し、入射する光を選択的に反射する偏光反射層
と、上記駆動液晶層の両側に設けられ、上記駆動液晶層
に電圧を印加する電極を有した少なくとも２枚の基板
と、上記偏光反射層と基板との間に設けられ、面内位相
差を有した位相差層と、を備えたことを特徴としてい
る。

【００１６】また、この発明に係る液晶表示素子は、印
加電圧に応じて入射光を変調する駆動液晶層と、コレス
テリック液晶あるいはカイラルネマティック液晶をポリ
マー化して形成されているとともに螺旋状の液晶分子配
列を有し、入射する光を選択的に反射する偏光反射層
と、上記駆動液晶層に対向して設けられ、上記駆動液晶
層に電圧を印加する複数の電極および配線を有した基板
と、を備え、上記配線は３０％以下の光反射率を有し、
あるいは、光の吸収率が５０％以上の材料の上に形成さ
れていることを特徴としている。

【００１７】

【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半透過型の液晶表示素子につい
て詳細に説明する。まず、液晶表示素子の基本構成につ
いて説明する。図１に示すように、液晶表示素子は、対
向配置された下側ガラス基板１および上側ガラス基板１
１と、これらガラス基板間に挟持された液晶層９とを有
する液晶素子を備えている。この液晶素子の観察側、つ
まり、上側ガラス基板１１の外面上には、位相差板１２
および偏光板１３が順に設けられている。また、下側ガ
ラス基板１の外面上には位相差板２および偏光板３が順
に設けられ、更に、偏光板３と対向してバックライト１
４が設けられている。

【００１８】液晶素子の観察側のガラス基板１１はアレ
イ基板を構成し、ガラス基板１１の内面には液晶駆動回
路部１０が設けられている。この液晶駆動回路部１０
は、図示しないカラーフィルタ層、このカラーフィルタ
層上にマトリクス状に設けられ透明なＩＴ０からなる多
数の画素電極、複数の信号線および走査線、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）を備えている。

【００１９】一方、液晶素子の下側ガラス基板１は対向
基板を構成している。下側ガラス基板１の内面上には、
偏光反射層として機能するポリマー化されたコレステリ
ック液晶層を有する選択反射層４、光拡散層７、ＩＴ０
等の透明導電８からなる対向電極がほぼ全面に亘って形
成されている。

【００２０】また、上側ガラス基板１１および下側ガラ
ス基板１の液晶層９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。そして、上側ガラス基板１
１および下側ガラス基板１は、図示しないシール材によ
り周縁部同士が互いに貼り合わされている。そして、液
晶駆動回路部１０の画素電極と透明電極８との間には、
液晶層９に電圧を印加するための電源１９が接続されて
いる。そして、駆動液晶層として機能する液晶層９は、
電圧が印加されることにより分子配列が変化し、入射光
を変調する。

【００２１】下側ガラス基板１の背面側に設けられたバ
ックライト１４は、例えばアクリル等の透光性の平板か
らなる導光体１４ａと、導光体の側面に配置された線状
光源１４ｂと、導光体の裏面に設けられた散乱反射層１
４ｃとを備えている。

【００２２】次に、上記液晶表示素子のより詳細な構成
を製造方法と合わせて説明する。まず、下側ガラス基板
１の表面上に、選択反射層４を形成する。選択反射層４
は、入射光のうち特定の方向の円偏光（ここでは右円偏
光とする）成分の一部を反射し（ここでは７０％とす
る）、残り（ここでは３０％）を透過させる機能を有し
ている。

【００２３】選択反射層４は、紫外線域の光を選択反射
する螺旋ピッチを有したコレステリック液晶ポリマー
層、例えば、ワッカーケミカル製のコレステリックＬＣ
シリコン、と、波長６００ｎｍの光を選択反射する螺旋
ピッチのコレステリック液晶ポリマー層、例えば、ワッ
カーケミカル製のコレステリックＬＣシリコン、とを連
続積層形成したものを用いている。上記構成により、界
面のインターラクション効果のため螺旋ピッチが選択反
射層４内で連続的に変化し、紫外線域から波長６００ｎ
ｍの広い範囲の光を表示に利用可能な選択反射層が得ら
れる。

【００２４】また、偏光反射素子として機能する選択反
射層４は、螺旋状に配列した液晶分子の螺旋軸が選択反
射層４の法線方向に対して、つまり、下側ガラス基板１
の表面に垂直な方向に対して、例えば１０°±５°だけ
傾いた構成を有している。そのため、選択反射層４は、
螺旋軸の傾いた方向に面内の位相差を持つことになる。

【００２５】図２に示すように、位相差量は、選択反射
層４における螺旋軸の傾きによって変化する。そのた
め、後述する液晶層９との組み合わせを考慮し、適当な
位相差量を選べば良い。ここでは、１０°程度螺旋軸を
傾けることにより、選択反射層４の位相差量を約３０ｎ
ｍとした。

【００２６】螺旋軸を傾けるためには、下側ガラス基板
１上にポリイミド層を設け、ラビング処理を施した後、
その上に、コレステリック液晶ポリマー層を形成する。
この際、用いるポリイミドの種類とラビングの条件によ
り螺旋軸の傾斜角を変えることができる。ここでは、ポ
リイミドを２００ｒｐｍの回転速度でローラを回転させ
てラビング処理を施し、その上にコレステリック液晶を
スピンコートした。

【００２７】また、コレステリック液晶層の螺旋のねじ
れ角が１８０°の整数倍となるようにポリマー化する。
ねじれ角を制御する方法はいろいろあり、いずれの手法
を用いても良いが、ここでは、上記ラビング方向と同じ
方向の直線偏光の紫外線を照射し、その後ラビング方向
と同じ方向にＮ_２の熱風をブローする熱処理を施し、更
に、ＵＶ架橋及び熱重合を行った。以上の工程により選
択反射層４が完成する。

【００２８】なお、本実施の形態では、選択反射層４の
反射波長の領域を上記のように設定したが、これに限定
されることなく、液晶表示素子の利用目的に応じて必要
な波長領域の光を選択的に反射するような特性を有した
構成とすれば良い。また、選択反射層４は、上記機能を
有するものであれば他の材料を用いても良く、コレステ
リック液晶ポリマー層に代えて、例えば、カイラルネマ
ティック液晶ポリマー層を用いてもよい。

【００２９】次に、選択反射層４の上に光拡散層７を形
成する。光拡散層７は、例えば直径０．０１〜５μｍの
粒径の透明体、例えば、酸化チタン、をポリイミド等の
透明な有機物の中に分散させたものを、スピンコートに
より塗布し焼成して形成する。透明体及び透明な有機物
の屈折率や形状、材料、或いは透明体の粒径と混合する
比率などを調整することにより、適当な光散乱特性とす
ることができる。

【００３０】なお、本実施の形態では光拡散層７を選択
反射層４の上部に設けたが、光拡散層７の位置はこれに
限定されない。光拡散層７は、上側ガラス基板１１側に
形成されても良いし、ＴＡＣなどのプラスティックフィ
ルム上に形成したものを上側ガラス基板１１の外側に貼
り付けてもよい。また、位相差板１２をガラス基板１１
に貼りつけるための粘着層に光拡散機能を持たせてもよ
い。

【００３１】次に、光拡散層７の上には透明電極８を形
成する。透明電極８の形成にはスパッタやスピンコート
を用いる。選択反射層４、光拡散層７、透明電極８の間
には、必要に応じてオーバーコート層を形成しても良
い。

【００３２】上記のように形成された下側ガラス基板１
と、通常のＴＦＴプロセスにより液晶駆動回路部１０が
形成された上側ガラス基板１１とを用いてセルを組み、
これらの基板間に液晶を注入する。液晶層９には、Ｐ型
の液晶材料を用い、ホモジニアス配列となるように上下
基板は同一方向逆向きのラビング処理を施す。この際、
ラビング方向は選択反射層４の螺旋軸の傾き方向に対し
て垂直方向となるようにする。

【００３３】これにより、液晶層９の液晶分子の長軸方
向と選択反射層４の螺旋軸の傾き方向が直交した配置と
なる。また、セルのギャップｄは、波長５５０ｎｍにお
ける液晶の屈折率異方性をΔｎとしたとき、Δｎ×ｄか
ら選択反射層４の位相差を引いた値が２７５ｎｍ程度と
なるように設定する。ここでは、Δｎ＝０．０９０９の
液晶を用い、セルギャップを３．３μｍとした。

【００３４】なお、本実施の形態ではホモジニアスモー
ドとしたが、ＯＣＢモードやＨＡＮモード、あるいはＶ
Ａモードなどでもよく、いずれの場合も、適当な電圧条
件で選択反射層４の螺旋軸の傾き方向と垂直な方向に液
晶層９が位相差を発現するように配置する。

【００３５】液晶を注入し適当な熱処理を施した後、下
側ガラス基板１および上側ガラス基板１１の外面に、位
相差板２、１２、および偏光板３、１３をそれぞれ貼付
け、更に、液晶駆動回路部１０および透明電極８に信号
を与えるための周辺回路およびバックライト１４を取り
付けることにより、半透過型の液晶表示素子が完成す
る。

【００３６】位相差板２、１２は、位相差がほぼλ／４
となるものとし、その遅相軸が偏光板３、１３の吸収軸
となす角度が４５°もしくは１３５°となるように設定
する。また、位相差板２、１２の位相差は、より広い波
長範囲でλ／４に近くなっているものが望ましく、その
ためには屈折率の波長分散の小さな材料を使用するか、
あるいは、位相差板を２層構造にすることもできる。

【００３７】本実施の形態では、ＴＦＴなどを含む液晶
駆動回路部１０を上側ガラス基板１１に設けたが、下側
ガラス基板１に設けても良い。この場合、液晶駆動回路
部１０を選択反射層４と下側ガラス基板１との間に配置
し、選択反射層４の一部または全部を画素サイズにパタ
ーニングしてもよく、あるいは、選択反射層４の上側に
液晶駆動回路部１０を形成することもできる。

【００３８】また、本実施の形態では、液晶駆動回路部
１０にカラーフィルタを含めたＣＯＡ（カラーフィルタ
・オン・アレイ）構造としたが、カラーフィルタも画素
電極やＴＦＴなどのスイッチング素子と分離しても良
く、その場合、表示に寄与する光の光路中のどこに配置
されていてもよい。

【００３９】次に、本実施の形態に係る半透過型の液晶
表示素子の表示原理について説明する。まず、図３を参
照しながら、透過型液晶表示素子として機能する場合の
表示原理を説明する。バックライト１４がオンの状態に
おいて、バックライト１４から出射した光は、偏光板３
および位相差板２を通過する。この際、偏光板３の吸収
軸と位相差板２の光軸が４５°の角度をなすように配置
し、位相差板２の位相差をλ／４とすることにより、偏
光板３および位相差板２を通過した光は特定方向の円偏
光（ここでは右円偏光とする）となる。この右円偏光の
光は、選択反射層４により７０％が反射され、３０％が
透過する。この時、反射された光は逆に位相差板２およ
び偏光板３を通過し、バックライト１４で反射され、再
び表示素子内へ入射していく。このような過程を繰り返
し、最終的にバックライト１４から出た光の約５０％が
選択反射層４を透過する。

【００４０】液晶層９に電圧が印加されていない画素
（Ｏｆｆ状態）に光が入射した場合、選択反射層４およ
び液晶層９の合計の位相差が約λ／２となるため、入射
右円偏光は左円偏光になる。そして、位相差板１２およ
び偏光板１３が、位相差板２および偏光板３と角度が同
じで大きさが逆向きに構成されていると、上記の光は偏
光板１３を透過し、白表示となる。

【００４１】また、液晶層９に電圧が印加されている画
素（Ｏｎ状態）に上記光が入射した場合には、電圧に応
じて液晶が立ち上がるため、入射右円偏光は楕円偏光と
なり、偏光板１３で一部吸収され中間調表示となる。選
択反射層４および液晶層９の合計の位相差が０となった
ところで、入射右円偏光は、変調を受けずに右円偏光の
まま通過し、最終的に偏光板１３によって吸収されるた
め黒表示となる。

【００４２】次に、図４を参照しながら、反射型液晶表
示素子として機能する場合の表示原理を説明する。素子
外部から入射した光は、偏光板１３及び位相差板１２を
通過して、左円偏光となる。液晶層９に電圧が印加され
ていない画素（Ｏｆｆ状態）に入射した光は、λ／２の
位相変調を受け、右円偏光となって選択反射層４で７０
％が反射される。反射された光は、選択反射層４及び液
晶層９により再びλ／２の位相変調を受けて左円偏光と
なり、偏光板１３に吸収されることなく白表示となる。
この際、選択反射層４で反射されなかった３０％の光
は、偏光板３を通過してバックライト１４に到達し、バ
ックライトで反射されて上述の透過型液晶表示素子とし
ての機能と同様にして、表示に寄与する。

【００４３】一方、液晶層９に電圧が印加されている画
素（Ｏｎ状態）に入射した光は、電圧の大きさに応じた
位相変調を受けて楕円偏光となり、そのうち右円偏光成
分は選択反射層４で７０％が反射され、液晶層９で再び
左円偏光となって偏光板１３を通過して素子外部に出射
される。選択反射層４および液晶層９の合計の位相差が
ちょうど０となった時には、入射した左円偏光はそのま
ま選択反射層４を透過して、偏光板３に吸収されるため
黒表示となる。

【００４４】次に、本実施の形態に係る半透過型液晶表
示素子の効果について説明する。図５は、液晶表示素子
の印加電圧と透過率との関係を示すもので、破線Ａで示
すように、選択反射層４の螺旋軸がガラス基板の表面に
対して垂直となっている場合、十分透過率の低い黒表示
を得るためには、高い電圧をかける必要がある。これに
対して、実線Ｂで示すように、本実施の形態に係る液晶
表示素子によれば、低い電圧で黒表示が可能となる。こ
れには、低い電圧では液晶層９の液晶分子が十分に立ち
きらないが、その時の液晶層９の位相差を、螺旋軸を傾
けて選択反射層４に位相差を持たせることにより相殺す
ることができるためである。従って、上記構成の液晶表
示素子によれば、一層低い駆動電圧で表示が可能とな
る。

【００４５】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。図６に示すように、第２
の実施の形態によれば、下側ガラス基板１の内面上に形
成された選択反射層５は、螺旋状に配列された液晶分子
を有し、その螺旋軸が下側ガラス基板の法線方向を向
き、かつ螺旋のねじれ角が１８０°の整数倍から大きく
ずれて形成されている。すなわち、螺旋のねじれ角は、
１８０°の整数倍から約３０°〜９０°ずれて設定さ
れ、例えば、１８０°の整数倍＋９０°に設定されてい
る。

【００４６】第２の実施の形態において、他の構成は、
上述した第１の実施の形態と同様であり、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と
ともに、表示原理等共通の部分の説明も省略する。

【００４７】第２の実施の形態において、選択反射層５
の形成方法は以下の通りである。下側ガラス基板１上に
配向膜を塗布しラビング処理を施した後、カイラルネマ
ティック液晶をスピンコートする。ここでは、配向膜
は、液晶のプレチルト角が低くなるような材料を選択す
る。また、カイラルネマティック液晶は、ポリマー化後
の螺旋ピッチが異なるものを複数用意し、スピンコート
とポリマー化を繰り返して積層構造とした。

【００４８】螺旋ピッチを変えるためには、ネマティッ
ク液晶に混ぜるカイラル剤の量を増減する。積層数や各
層の螺旋ピッチと膜厚は、使用する液晶表示素子の用途
により調整することができるが、ここでは、４層構造と
し、各層は波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの間に選択反射
の中心波長をもつように螺旋ピッチを調整した。

【００４９】また、最上層をポリマー化する際には、先
に配向膜をラビングした方向と垂直な方向に偏光方向を
もつ紫外線を用い、熱風ブローの方向もラビング方向と
垂直な方向とした。最上層以外のカイラルネマティック
液晶層をポリマー化する際には、非偏光の紫外線を用
い、等方的なフローのオーブン内で熱処理をする。この
ようにして、各層の層界面の液晶分子の向きは連続的に
つながり、最上層の上端の液晶分子は最下層の下端の液
晶分子と９０°の方向を向いた選択反射層５が得られ
る。

【００５０】選択反射層５を用いて液晶セルを作製する
際、選択反射層５の面内位相差の遅相軸方向と直交する
方向に液晶層９の位相差の遅相軸方向が配置するよう
に、ラビング処理をする。例えば、選択反射層５の最下
端の液晶分子の向きを０°、最上端の液晶分子の向きを
９０°とした時、ほぼ４５°の方向が遅相軸となる位相
差をもつので、液晶層９のラビング方向は１３５°の方
向とすれば良い。

【００５１】上記のように構成された半透過型の液晶表
示素子によれば、選択反射層５の最下端の液晶分子と最
上端の液晶分子とが同一の方向を向いていないため、ガ
ラス基板の法線方向から見た場合の液晶分子の向きは等
方的でなく、偏りが存在する。この偏りのため位相差が
出現する。螺旋構造が連続的につながっている場合、最
下端の液晶分子の向きと最上端の液晶分子の向きとのな
す角度θと、位相差量Ｒとの関係の例を図６に示す。図
６の例では、θ＝０°、１８０°のときにＲは極小とな
り、θ＝９０°、２７０°のとき極大となる。

【００５２】第２の実施の形態では、θ＝９０°とし最
も位相差量Ｒが大きい条件を使用し、その際の位相差量
は３０ｎｍとなった。液晶分子の屈折率の波長分散や配
列のゆらぎ、プレチルト角度などによりθ−Ｒ特性は変
化し、図６とは異なる特性になることもあるが、いずれ
の場合でも、適当な位相差量を得るようにθを調整する
ことができる。

【００５３】以上のように構成された第２の実施の形態
においても、選択反射層５は上述した第１の実施の形態
における選択反射層４と同じ量の位相差を持ち、第１の
実施の形態と同様に液晶の駆動電圧を低減することがで
きる。

【００５４】なお、選択反射層５は、第１の実施の形態
と同様にコレステリック液晶ポリマー材料を用いても良
く、他の材料でも良い。円偏光選択反射の機能を有し、
全体で面内位相差をもつように非等方的な配列をもたせ
た構造となっていれば材料を選ばない。

【００５５】また、第２の実施の形態では、選択反射層
５を、カイラルネマティック液晶ポリマーを液晶分子が
連続的につながるように積層した構成としたが、適当な
面内位相差を得るために、不連続なものとしても良い。
そのためには、各カイラルネマティック液晶層をポリマ
ー化する際、特定方向に上端の液晶分子が並ぶように処
理する。そして、次のカイラルネマティック液晶層を形
成する前に、ラビング処理を施すか、もしくは別に配向
膜を形成して、各層不連続な液晶分子の配列が実現でき
る。例えば、各カイラルネマティック液晶ポリマー層の
下端の液晶分子の方向、上端の液晶分子の方向のそれぞ
れを揃えることで、大きな面内位相差を得ることができ
る。

【００５６】また、第２の実施の形態では選択反射層５
の上端の液晶分子の向きと下端の液晶分子の向きとのな
す角が９０°になるように構成したが、これに限らず、
適当な位相差量を得るために適当な角度に設定すれば良
い。全体のねじれ角が１８０°の整数倍でない場合、す
なわち、上端の液晶分子の向きと下端の液晶分子の向き
とのなす角が０°もしくは１８０°以外の場合では、位
相差が発生するのでこれを利用することできる。

【００５７】次に、本発明の第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８に示すように、第３
の実施の形態によれば、選択反射層４と光拡散層７との
間に位相差層２０が設けられている。他の構成は、前述
した第１の実施の形態と同一であり、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。な
お、選択反射層としては、第２の実施の形態と同様の選
択反射層５を用いてもよい。

【００５８】位相差層２０は、例えば、ネマティック液
晶をホモジニアス配列で形成し、これを熱処理によりポ
リマー化することにより得ることができる。また、Ｓｉ
ＮやＳｉＯ_２などの斜方蒸着、あるいは、異方性結晶成
長を利用してもよく、更に、簡易な構成としては、ポリ
カーボネートなどを延伸した位相差フィルムを貼りつけ
てもよい。

【００５９】位相差層２０の位相差量は、第１および第
２の実施の形態における選択反射層と同様に、適当な値
を選択可能であるが、この場合には、選択反射層４、位
相差層２０、および液晶層９の全体で合計の位相差がλ
／２程度となるように各層の厚みや角度を調整する。

【００６０】第３の実施の形態によれば、選択反射層４
の位相差量を厳密に制御せずに、位相差層２０および液
晶層９を調整することで、第１および第２の実施の形態
と同様に駆動電圧を効果的に低減することができ、製造
上有利となる。

【００６１】また、選択反射層４は、螺旋軸の傾きが０
°で、ガラス基板の法線方向に対して等方的な液晶分子
配列を有していても良い。この場合、選択反射層４の位
相差がほぼ０になり、位相差層２０と液晶層９との遅相
軸のなす角度を９０°として、合計の位相差がλ／２程
度になるように設定する。なお、位相差層２０の配設位
置は、上述した実施の形態に限定されることなく、光拡
散層７の上あるいは液晶層９の上でもよい。

【００６２】次に、本発明の第４の実施の形態に係る液
晶表示素子について説明する。図９および図１０に示す
ように、第４の実施の形態によれば、上側ガラス基板１
１に設けられた液晶駆動回路部１０は、図示しないカラ
ーフィルタ層上にマトリクス状に設けられた透明なＩＴ
０からなる多数の画素電極１６と、マトリクス状に設け
られた多数の信号線３３および走査線３４とを備え、こ
れらの配線はＩＴＯなどの透明電極で形成されている。
また、位相差板１２は、位相差がλ／４より小さいもの
であって、ここでは例えば波長５５０ｎｍでの位相差が
１１０ｎｍであるものを用いている。更に、位相差板１
２の遅相軸は、液晶層９の遅相軸と同じ方向になるよう
にする。他の構成は、図６に示した第２の実施の形態と
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。

【００６３】第４の実施の形態によれば、液晶層９に電
圧を印加して液晶分子が十分に立ちきっていない状態
で、液晶層９の位相差を位相差板１２に加えてλ／４の
位相差にすることができ、第１ないし第３の実施の形態
と同様に、液晶の駆動電圧を低減することができる。

【００６４】しかしながら、外光が偏光板１３と位相差
板１２を通過した場合に、位相差板１２の位相差がλ／
４でないために円偏光から大きくずれ、液晶層９に到達
する前に液晶駆動回路部１０の配線などで光が反射する
と、偏光板１３で吸収しきれず、素子の外部に漏れてく
る。この漏れてくる光は、液晶表示素子のコントラスト
を低下させ、表示品位を悪くする。従って、偏光板１３
から液晶層９までの外光の光路における光の反射率はで
きるだけ低い方が望ましい。

【００６５】第４の実施の形態では、通常Ａｌなどの反
射率の高い金属材料により形成される信号線、走査線等
の配線をＩＴＯで形成しているため、反射率が低く、上
記のようなコントラストの低下を抑制することができる
とともに、開口率が高くなる。その結果、光の利用効率
が上がり、明るい表示を行うことができる。

【００６６】なお、第４の実施の形態では、配線として
ＩＴＯを用いたが、これに限定するものではなく、３０
％以下の光反射率を有していればよく、あるいは、光の
吸収率が５０％以上の材料の上に形成されていればよ
く、図１１あるいは図１２に示すように、反射表示のコ
ントラストで１０以上を出すことができる。配線材料と
して、ＳｎＯ_２などの他の透明導電材料を用いても良
く、Ｃｒ合金など反射率の低い金属材料、もしくは反射
率の低い金属材料の上にＡｌなどを形成した積層構造の
配線としてもよい。また、黒色レジストなど光を吸収す
る層を配線形状にパターニングし、その上に金属配線を
形成することもできる。

【００６７】更に、配線全体に対してではなく、配線の
一部だけに上記のいずれかの処理を施しても良く、液晶
駆動回路部１０によって反射する光が少しでも低減する
ことにより、コントラスト低下を抑制することができ、
表示品位の優れた液晶表示素子を得ることができる。

【００６８】また、本実施の形態では、位相差板１２の
位相差量を１１０ｎｍとしたが、これに限定されるもの
ではなく、λ／４より小さい他の値としても、あるい
は、λ／４より大きい値としてもよい。位相差板１２の
位相差量をλ／４よりも大きい値とした場合、液晶層９
の遅相軸と位相差板１２の遅相軸が直交するように配置
すれば良く、いずれの場合でも合計の位相差量がλ／４
程度になるように設定すれば、本実施の形態と同様の作
用効果を得ることができる。

【００６９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、反射型および透過型のいずれとして機能した場合
でも、良好な表示品位が得られるとともに駆動電圧の低
減を図ることが可能な液晶表示素子を提供することがで
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半透過型の
液晶表示素子を概略的に示す断面図。

【図２】上記液晶表示素子における液晶分子配列の螺旋
軸の傾きと位相差量との関係を示す図。

【図３】上記液晶表示素子を反射型表示する場合の表示
原理を示す断面図。

【図４】上記液晶表示素子を透過型表示する場合の表示
原理を示す断面図。

【図５】上記液晶表示素子における印加電圧と透過率と
の関係を示す図。

【図６】この発明の第２の実施の形態に係る半透過型の
液晶表示素子を概略的に示す断面図。

【図７】上記第２の実施の形態に係る液晶表示素子にお
けるずれ角度と位相差量との関係を示す図。

【図８】この発明の第３の実施の形態に係る半透過型の
液晶表示素子を概略的に示す断面図。

【図９】この発明の第４の実施の形態に係る半透過型の
液晶表示素子を概略的に示す断面図。

【図１０】上記第４の実施の形態に係る液晶表示素子の
基板に設けられた画素電極および配線を示す平面図。

【図１１】配線材料の反射率と反射表示ディスプレイコ
ントラストとの関係を示す図。

【図１２】配線下地層の光吸収率と反射表示ディスプレ
イコントラストとの関係を示す図。

【符号の説明】

１…下側ガラス基板、２、１２…位相差板、３、１３…偏光板、４、５…選択反射層、７…光拡散層、８…透明電極、９…液晶層、１０…液晶駆動回路部、１１…上側ガラス基板、１４…バックライト、２０…位相差層、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 BA05 BA07 BA42 BA43 BB03 BB63 BC22 2H088 HA01 HA03 HA08 HA16 HA21 HA28 JA06 JA14 KA07 MA20 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA11X FA11Z FA14Z FA26X FA41Z GA01 GA06 GA13 HA08 HA11 KA02 LA30 MA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】印加電圧に応じて入射光を変調する駆動液
晶層と、入射する光を選択的に反射する偏光反射層と、上記駆動液晶層の両側に設けられ、上記駆動液晶層に電
圧を印加する電極を有した少なくとも２枚の基板と、を
備え、上記偏光反射層は、コレステリック液晶あるいはカイラ
ルネマティック液晶をポリマー化して形成されていると
ともに螺旋状の液晶分子配列を有し、上記螺旋状液晶分
子配列の回転軸は、上記基板の法線方向に対し約１０°
±５°傾斜していることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】印加電圧に応じて入射光を変調する駆動液
晶層と、入射する光を選択的に反射する偏光反射層と、上記駆動液晶層の両側に設けられ、上記駆動液晶層に電
圧を印加する電極を有した少なくとも２枚の基板と、を
備え、上記偏光反射層は、コレステリック液晶あるいはカイラ
ルネマティック液晶をポリマー化して形成されていると
ともに螺旋状の液晶分子配列を有し、上記液晶分子のね
じれ角は１８０°の整数倍から約３０°ないし９０°ず
れていることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】前記偏光反射層は面内に位相差を有し、上
記面内の位相差は、上記駆動液晶層の位相差の遅相軸と
直交する遅相軸を有している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】印加電圧に応じて入射光を変調する駆動液
晶層と、コレステリック液晶あるいはカイラルネマティック液晶
をポリマー化して形成されているとともに螺旋状の液晶
分子配列を有し、入射する光を選択的に反射する偏光反
射層と、上記駆動液晶層の両側に設けられ、上記駆動液晶層に電
圧を印加する電極を有した少なくとも２枚の基板と、上記偏光反射層と基板との間に設けられ、面内位相差を
有した位相差層と、を備えたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】上記位相差層は、上記駆動液晶層の位相差
の遅相軸と直行する遅相軸を有していることを特徴とす
る請求項４に記載の液晶表示素子。
【請求項６】印加電圧に応じて入射光を変調する駆動液
晶層と、コレステリック液晶あるいはカイラルネマティック液晶
をポリマー化して形成されているとともに螺旋状の液晶
分子配列を有し、入射する光を選択的に反射する偏光反
射層と、上記駆動液晶層に対向して設けられ、上記駆動液晶層に
電圧を印加する複数の電極および配線を有した基板と、
を備え、上記配線は３０％以下の光反射率を有していることを特
徴とする液晶表示素子。
【請求項７】印加電圧に応じて入射光を変調する駆動液
晶層と、上記駆動液晶層に対向して設けられ、コレステリック液
晶あるいはカイラルネマティック液晶をポリマー化して
形成されているとともに螺旋状の液晶分子配列を有し、
入射する光を選択的に反射する偏光反射層と、上記駆動液晶層に対向して設けられ、上記駆動液晶層に
電圧を印加する複数の電極および配線を有した基板と、
を備え、上記配線は光の吸収率が５０％以上の材料の上に形成さ
れていることを特徴とする液晶表示素子。