JP2003098526A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型液晶表示装置は、周囲の光が暗い場合
に表示に用いる反射光が低下し視認性が極端に低下する
という欠点を有し、一方透過型液晶表示装置はこれとは
逆に周囲光が非常に明るい晴天下等での視認性が低下す
る問題がある。 【解決手段】 反射領域用絵素電極３と透過領域用絵素
電極８とを有する一方基板１と対向電極４が形成された
他方基板２を有し、一方基板１と他方基板２の間に液晶
層５が挟持された液晶表示装置であって、他方基板２の
液晶層５とは反対の面に設けられた第１の偏光手段６
と、一方基板１の液晶層５とは反対の面に設けられた第
２の偏光手段９と、第１の偏光手段６と液晶層５との間
に設けられた第１の位相差板７と、第２の偏光手段９と
液晶層５との間に設けられた第２の位相差板１０とを有
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、ワードプロセッサ
やパーソナルコンピュータなどのＯＡ機器や、電子手帳
等の携帯情報機器、あるいは、液晶モニターを備えたカ
メラ一体型ＶＴＲ等に用いられる反射型液晶表示装置お
よび反射型と透過型と兼ね備えた液晶表示装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】液晶ディスプレイは、ＣＲＴ（ブラウン
管）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）とは異なり自
らは発光しないため、バックライトを液晶表示素子の背
面に設置して照明する透過型液晶表示装置が用いられて
いる。 【０００３】しかしながら、バックライトは通常液晶デ
ィスプレイの全消費電力のうち５０％以上を消費するた
め、戸外や常時携帯して使用する機会が多い携帯情報機
器ではバックライトの代わりに反射板を設置し、周囲光
のみで表示を行う反射型液晶表示装置も実現されてい
る。 【０００４】反射型液晶表示装置で用いられる表示モー
ドには、現在透過型で広く用いられているＴＮ（ツイス
テッドネマティック）モード、ＳＴＮ（スーパーツイス
テッドネマティック）モードといった偏光板を利用する
タイプの他、偏光板を用いないために明るい表示が実現
できる相転移型ゲストホストモードも近年盛んに開発が
行われており、例えば特開平４−７５０２２号公報及び
特願平７−２２８３６５号に開示されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、相転移
型ゲストホストモードは、液晶分子と色素を分散させた
液晶層において色素の光吸収を用いて表示を行なうため
コントラストが十分とれず、ＴＮ（ツイステッドネマテ
ィック）モード及びＳＴＮ（スーパーツイステッドネマ
ティック）モードといった偏光板を利用するタイプの液
晶表示装置に比べて表示品位は著しく悪くなる。 【０００６】また、平行配向若しくはツイスト配向の液
晶表示装置の場合には、液晶層の中心付近の液晶分子は
電圧印加時に基板面に対して垂直方向に傾くが、配向膜
表面付近の液晶分子は電圧を印加しても基板に対して垂
直にならないため液晶層の複屈折率は０には程遠く、電
圧印加時に黒表示を行う表示モードの場合、液晶層の複
屈折のため十分な黒が表示できず、十分なコントラスト
を得ることができない。 【０００７】ＴＮモード及びＳＴＮモードの液晶表示装
置も現在では輝度やコントラストの点で十分な表示品位
を有するとは言い難く、更なる高輝度化及びコントラス
トの向上等の表示品位の向上が求められている。 【０００８】また、反射型液晶表示装置は、周囲の光が
暗い場合に表示に用いる反射光が低下し視認性が極端に
低下するという欠点を有し、一方透過型液晶表示装置は
これとは逆に周囲光が非常に明るい晴天下等での視認性
が低下する問題があった。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、反射領域用絵
素電極と透過領域用絵素電極とを有する一方基板と対向
電極が形成された他方基板を有し、前記一方基板と前記
他方基板の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であっ
て、前記他方基板の前記液晶層とは反対の面に設けられ
た第１の偏光手段と、前記一方基板の前記液晶層とは反
対の面に設けられた第２の偏光手段と、前記第１の偏光
手段と前記液晶層との間に設けられた第１の位相差板
と、前記第２の偏光手段と前記液晶層との間に設けられ
た第２の位相差板とを有する液晶表示装置である。 【００１０】以下に本発明による作用について説明す
る。 【００１１】反射機能を有する領域と透過機能を有する
領域とを備えた液晶表示装置が第１の偏光手段と第２の
偏光手段と第１の位相差板と第２の位相差板とを有する
ことにより、反射機能を有する領域の反射光で表示を行
う反射モードでは、液晶層の観測者方向のリターデーシ
ョン（複屈折率）が０（垂直配向モードでは、初期配向
状態、平行配向モードでは電圧印加状態）であれば、第
１の偏光手段を透過した直線偏光が第１の位相差板と液
晶層を透過して反射し再び液晶層と第１の位相差板を通
過して第１の偏光手段に入射する際に、第１の偏光手段
の透過軸と直交する偏光成分が多いため暗表示が可能と
なり、また、観測者方向にリターデーションが生じれ
ば、第１の偏光手段を透過した直線偏光が第１の位相差
板と液晶層を透過して反射し再び液晶層と第１の位相差
板を通過して第１の偏光手段に入射する際に、第１の偏
光手段の透過軸と平行する偏光成分を有するため各々の
リターデーションに対応した階調を有する明表示が可能
となる。 【００１２】透過機能を有する領域の透過光で表示を行
う透過モードでは、液晶層の観測者方向のリターデーシ
ョンがほぼ０であれば、第２の偏光手段を通過した直線
偏光が、第２の位相差板、液晶層及び第１の位相差板を
通過して第１の偏光手段に入射する際に、第１の偏光手
段の透過軸と直交する偏光成分が多いため暗表示が可能
となり、また、観測者方向にリターデーションが大きく
なると、第２の偏光手段を通過した直線偏光が、第２の
位相差板、液晶層及び第１の位相差板を通過して第１の
偏光手段に入射する際に、第１の偏光手段の透過軸と平
行する偏光成分を有するため各々のリターデーションに
対応した階調を有する明表示が可能となる。 【００１３】よって、反射モードおよび透過モードを併
用した場合に同時に暗表示が可能となり両方併用しても
コントラストの高い表示が可能となる。さらに電圧によ
りリターデーション値を変化させることで階調表示が可
能となる。 【００１４】また、第１の位相差板と第２の位相差板の
リターデーションがλ／４条件に設定されていることに
より、反射機能を有する領域の反射光で表示を行う反射
モードでは、観測者方向に液晶層による複屈折がほとん
どない状態では、円偏光が入射し、反射機能を有する領
域で反射して回転方向が逆転した円偏光となり、第１の
位相差板を通過すると第１の偏光手段の透過軸と直交す
る直線偏光となる。この液晶表示装置の反射領域では光
アイソレーターとして働くので光漏れの少ない暗表示と
なる。 【００１５】また、観測者方向に液晶層による複屈折が
ある状態では、そのリタデーションを変化させること
で、第１の偏光手段に入射した光が反射して再び第１の
偏光手段に入射する際に、第１の偏光手段の透過軸と平
行な偏光成分が生じて入射されるため、階調表示か可能
な明表示となる。 【００１６】次ぎに透過機能を有する領域の透過光で表
示を行う透過モードでは、観測者方向に液晶層による複
屈折がほとんどない状態では、液晶層に円偏光が入射し
液晶層通過時には円偏光が保存され、第１の位相差板を
通過して第１の偏光手段の透過軸と直交する直線偏光と
なり光漏れの少ない暗表示となる。また、観測者方向に
液晶層による複屈折がある状態ではそのリターデーショ
ンが変化するため、第２の偏光手段から入射した光が第
１の偏光手段に入射する際に第１の偏光手段の透過軸と
平行な偏光成分となって入射されるため階調表示が可能
な明表示となる。 【００１７】したがって、反射モードおよび透過モード
を併用した場合でも暗表示時の液晶分子の状態が同じで
あり、同時に光漏れのない暗表示が可能となり、周囲光
強度がどのような状態であっても反射型、透過型或いは
両用型としてコントラストの高い表示が実現される。 【００１８】また、反射領域の液晶層のリターデーショ
ンがαだけ残存する場合に第１の位相差板のリターデー
ションが（λ／４−α）条件に設定されていることによ
り、平行配向処理された表示モードや、垂直配向処理で
もプレチルト角が大きい場合など、残存するリターデー
ションが無視できない場合でも反射型としてコントラス
トの高い表示が実現される。反射モードでは、液晶層に
は、円偏光から残存しているリターデーション分ずれた
楕円偏光が入射する。液晶層を通過し、反射機能を有す
る領域で円偏光となり、反射して回転方向が逆転した円
偏光となる。液晶層を通過して液晶層から出射する時、
円偏光からずれた楕円偏光となる。このときの楕円偏光
は、入射時と位相が９０度ずれた状態である。このた
め、第１の位相差板を通過すると第１の偏光手段の透過
軸と直交する直線偏光となる。この液晶表示装置の反射
領域では光アイソレーターとして働くので光漏れの少な
い暗表示となる。 【００１９】したがって、残存するリターデーションが
無視できない場合でも反射型としてコントラストの高い
表示が実現される。 【００２０】反射電極の面積が透過電極の面積より大き
い場合等、反射型表示がメインとなる場合、実施形態で
示す位相差板１０はλ／４板のままでかまわない。 【００２１】また、反射領域の液晶層のリターデーショ
ンがαだけ残存し、透過領域の液晶層のリターデーショ
ンがβだけ残存する場合に、第１の位相差板のリターデ
ーションが（λ／４−α）条件に、第２の位相差板のリ
ターデーションが（λ／４−（β−α））条件に設定さ
れていることにより、平行配向処理された表示モード
や、垂直配向処理でもプレチルト角が大きい場合など、
残存するリターデーションが無視できない場合でも反射
型、透過型或いは両用型としてコントラストの高い表示
が実現される。反射モードでは、液晶層には、円偏光か
ら残存しているリターデーション分ずれた楕円偏光が入
射する。液晶層を通過し、反射機能を有する領域で円偏
光となり、反射して回転方向が逆転した円偏光となる。
液晶層を通過して液晶層から出射する時、円偏光からず
れた楕円偏光となる。このときの楕円偏光は、入射時と
位相が９０度ずれた状態である。このため、第１の位相
差板を通過すると第１の偏光手段の透過軸と直交する直
線偏光となる。この液晶表示装置の反射領域では光アイ
ソレーターとして働くので光漏れの少ない暗表示とな
る。 【００２２】次に透過機能を有する領域の透過光で表示
を行う透過モードでは、観測者方向に液晶層による複屈
折がほとんどない状態では、液晶層を出射したとき反射
モードの出射光と同じ状態の楕円偏光となるように第２
の位相差板が設定され、その位相差を有した楕円偏光が
入射するので、第１の位相差板を通過した時、第１の偏
光手段の透過軸と直交する直線偏光となり光漏れの少な
い暗表示となる。 【００２３】したがって、残存するリターデーションが
無視できない場合でも反射型、透過型或いは両用型とし
てコントラストの高い表示が実現される。 【００２４】また、第１の位相差板及び第２の位相差板
がλ／４板からなり、第１の偏光手段の透過軸と第１の
位相差板とのなす角度が４５°かつ第２の偏光手段の透
過軸と第２の位相差板とのなす角度が４５°であること
により、残存するリターデーションが無視できる場合、
最も簡単な構成で、液晶層に円偏光を入射させることが
できる。 【００２５】また、負の誘電率異方性を示す液晶材料を
用いた垂直配向液晶層を用いれば、液晶層の電圧無印加
時には液晶層の複屈折率はほぼ０であり、電圧無印加時
に良好な黒レベルが得られ、表示装置のコントラストが
向上する。 【００２６】また、液晶層の光の入射方向や視角方向で
発生する液晶分子の屈折率異方性に起因する影響を補償
するような光学補償層を設けることにより、液晶層の光
の入射方向や視角方向で発生する屈折率異方性を補償す
ることができ、光の入射方向や視角方向に依存するコン
トラストの低下を防止できる。 【００２７】また、負の誘電性異方性を示す液晶材料を
用いた垂直配向液晶層にカイラル材を添加し電圧印加時
に液晶分子を旋回させれば、電圧印加時の液晶分子の旋
回を安定したものとすることができる。更に上下基板の
ラビング方向を同一方向以外に施す場合、配向処理の軌
跡が同一方向でなくなるため筋目が目立ちにくくなる。 【００２８】また、液晶層が９０°ツイストしていれ
ば、電圧印加時のディスクリネーション防止のため基板
に対し数度傾斜して配向させた場合に液晶分子の傾斜方
向にリターデーションが発生するが、基板付近の液晶分
子の傾斜した方向が上下の基板付近で互いに９０°の角
度をなしているため、発生するリターデーションを打ち
消すことができ、漏れ光が少ない黒表示が得られる。 【００２９】 【発明の実施の形態】（実施形態１）本発明の実施形態
１について図１を用いて説明する。 【００３０】基板１にＡｌ、Ｔａ等の反射率の高い材料
で反射電極３が形成され、基板２に対向電極４が形成さ
れ、反射電極３と対向電極４の間に負の誘電率異方性を
示す液晶材料からなる液晶層５が挟持されている。 【００３１】反射電極３及び対向電極４の液晶層５と接
する表面にはそれぞれ垂直配向性の配向膜（図示せず）
が形成されており、配向膜の塗布後、少なくとも一方の
配向膜にラビング等の配向処理を行っている。 【００３２】液晶層５の液晶分子は垂直配向性の配向膜
に対するラビング等の配向処理により、基板面の垂直方
向に対して０．１゜から５゜程度のチルト角を持つ。 【００３３】液晶層５には負の誘電率異方性を示す液晶
材料が用いられているため、反射電極３と対向電極４の
間に電圧を印加すると、液晶分子が基板面と平行方向に
向かって傾く。 【００３４】ここで、反射電極３は液晶層５に電圧を印
加する電極として用いているが、反射電極と電極とは別
の膜、例えばＡｌの反射板とＩＴＯの透明電極の積層構
造としても良い。 【００３５】液晶層５の液晶材料として、Ｎｅ（異常光
に対する屈折率）＝１．５５４６、Ｎｏ（正常光に対す
る屈折率）＝１．４７７３、ΔＮ（Ｎｅ−Ｎｏ）＝０．
０７７３の屈折率異方性を有する液晶材料を用いた。 【００３６】基板２の対向電極４が形成された側の反対
の面にλ／４板７が配置され、λ／４板７の遅延軸は、
液晶層５に電圧を印加した時の液晶分子の長軸方向に対
して４５°傾けるように配置されている。 【００３７】λ／４板７は直線偏光を円偏光に、円偏光
を直線偏光に変えるものである。 【００３８】λ／４板７は、基板２の対向電極４が形成
された側の反対の面に形成したが、反射電極３と基板２
の間に設けてもよい。 【００３９】また、λ／４板７は、基板面に貼り付けた
り、偏光板６と一体化したほうが製造コストを抑えるこ
とができる。 【００４０】次に、λ／４板７の基板２とは反対側の面
に偏光板６が設けられ、偏光板６の透過軸をλ／４板７
の遅延軸に対して４５゜傾けるように配置されている。 【００４１】図７（ａ）は実施形態１のアクティブマト
リクス基板の平面図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）の
Ｆ−Ｆ断面の断面図を示す。 【００４２】このアクティブマトリクス基板は、ゲート
配線２１、データ配線２２、駆動素子２３、ドレイン電
極２４、補助容量電極２５、ゲート絶縁膜２６、絶縁性
基板２７、コンタクトホール２８、層間絶縁膜２９、反
射電極３０を備えている。 【００４３】補助容量電極２５は、ドレイン電極２４と
電気的に接続されており、ゲート絶縁膜２６を介して補
助容量配線３２と重畳し補助容量を形成している。 【００４４】コンタクトホール２８は、反射３０と補助
容量電極２５を接続するために層間絶縁膜２９に設けら
れている。 【００４５】図１３を用いて実施形態１の液晶表示装置
における光の透過状態を説明する。 【００４６】図１３（ａ）は液晶層に電圧が印加されて
いない黒表示の場合を示し、図１３（ｂ）は液晶層に電
圧が印加された白表示の場合を示し、それぞれの図にお
いて左の領域に反射電極３が形成されている。 【００４７】図１３（ａ）によって黒表示を説明する。 【００４８】図１３（ａ）の上側から偏光板６表面から
入った入射光は、偏光板６を通った後偏光板の透過軸に
一致した直線偏光となり、λ／４板７に入射される。 【００４９】λ／４板７は、偏光板６の透過軸方向とλ
／４板７の遅延軸方向が４５°になるように配置されて
おり、λ／４板７を通過した光は円偏光になる。 【００５０】液晶層５に電界を印加していない場合は、
負の誘電率異方性を示す液晶材料を用いた液晶層５は液
晶分子が基板面からほぼ垂直に配向しており、入射する
光に対する液晶層５の屈折率異方性は極わずかであり、
光が液晶層５を透過することによって生じる位相差はほ
ぼ０である。 【００５１】従って、λ／４板７を通過した円偏光の光
は、円偏光を崩さずに液晶層５を透過し、一方の基板１
上にある反射電極３にて反射される。 【００５２】反射された円偏光の光は、液晶層５を基板
２方向に透過していき、円偏光のまま再びλ／４板７に
入射される。 【００５３】λ／４板７に入射された円偏光はλ／４板
７を通過した後には、偏光板６の透過軸方向と直交する
方向の直線偏光になり、偏光板６に入射される。 【００５４】λ／４板７を通過した直線偏光は、偏光板
６の透過軸と直交する方向の直線偏光であり、偏光板６
で吸収され透過しない。 【００５５】この様に、液晶層５に電圧を印加しない場
合は黒表示となる。 【００５６】次に図３（ｂ）によって白表示を説明す
る。 【００５７】図３（ｂ）は、液晶層５に電圧を印加する
場合であり、λ／４板７を通過するまでは図３（ａ）同
一であり説明は省略する。 【００５８】液晶層５に電圧を印加すると、基板面から
垂直方向に配向していた液晶分子は基板面と水平方向に
傾き、液晶層５に入射したλ／４板７からの円偏光は、
液晶分子の複屈折により楕円偏光になり、反射電極３で
反射された後さらに液晶層５で偏光が変化し、λ／４板
７を通った後でも偏光板６の透過軸と直交する直線偏光
にはならず、偏光板６を通して光が透過する。 【００５９】この時の液晶層に印加される電圧を調整す
ることで、反射した後に偏光板６を透過できる光量を調
整することができ階調表示が可能になる。 【００６０】また、反射電極３と対向電極４から液晶層
５に電圧を印加し、液晶層５の位相差が１／４波長条件
になるように液晶分子の配向状態を変化させると、λ／
４板７を通った後の円偏光は液晶層５を通過して反射電
極３に達したときに偏光板６の透過軸と直交する直線偏
光になり、再び液晶層５を通過して円偏光になった後に
λ／４板７を通過し、偏光板６の透過軸と平行な直線偏
光になり、偏光板６を透過する反射光は最大になる。 【００６１】従って、液晶層５に電圧が印加されていな
いときは、液晶層５に複屈折は無く黒表示が得られ、液
晶層５に電圧が印加するとその印加電圧によって光の透
過率が異なり階調表示が可能になる。 【００６２】図４に、実施形態１の液晶表示装置におい
て、液晶層のセルギャップをｄ＝３．５６μｍ、液晶層
の位相差をｄΔＮ＝０．２７５２としたときの反射型液
晶表示装置の垂直入射垂直受光時の分光反射率特性を示
す。 【００６３】ここで、図４は反射板単体に対しての垂直
入射垂直受光時の分光反射を１００としている。 【００６４】図４に示す様に、液晶層５に電圧を印加し
ていない暗表示と、電圧３．２５Ｖ印加時の明表示にお
いて、４００ｎｍから７００ｎｍの波長域全域で５０以
上という十分なコントラスト比が得られる。 【００６５】また、液晶層５の印加電圧が３．２５Ｖの
場合、約４０％の反射率が得られ、これは用いている偏
光板６の透過率とほぼ同等であり、光の利用効率が高く
反射型液晶表示装置に適している。 【００６６】図５は、実施形態１において液晶層のセル
ギャップをｄ＝４．５μｍ、液晶層の位相差をｄΔＮ＝
０．３４７９としたときの反射型液晶表示装置の垂直入
射垂直受光時の分光反射率特性を示す。 【００６７】従って図５に分光反射率特性を示す液晶の
セルギャップをｄ＝４．５μｍとした反射型液晶表示装
置では、液晶層５に電圧を印加していない暗表示と、電
圧３Ｖ印加時の明表示において、４００ｎｍから７００
ｎｍの波長域全域で５０以上という十分なコントラスト
比が得られる。 【００６８】また、液晶層５への印加電圧が３Ｖの場合
に、セルギャップｄ＝３．５６μｍの反射型液晶表示装
置と同様に約４０％の反射率が得られる。 【００６９】図６に実施形態１の反射型液晶表示装置の
垂直入射垂直受光時の波長５５０ｎｍでのセルギャップ
とコントラスト比の関係を示す。 【００７０】図６は、液晶の位相差ｄΔｎが１／４波長
条件を満たす電圧を印加して測定してる。 【００７１】図６に示すように、実施形態１の反射型表
示装置では、液晶層のセルギャップに関係無くコントラ
スト比５００以上を維持している。 【００７２】よって、液晶層５に電圧を印加する場合
に、位相差ｄΔｎが１／４波長条件を満たす限りコント
ラスト比の低下無しで表示でき、セルギャップｄを任意
に設定することが可能である。 【００７３】図１２に、λ／４板７の遅延軸を偏光板６
の透過軸に４５°傾けた場合を０°とした場合の、λ／
４板７の遅延軸の角度のずれとコントラスト比の関係を
示す。 【００７４】ここで、λ／４板７の遅延軸の角度のずれ
が３°以内ならば、コントラスト比５０以上が得られ、
良好な表示特性の反射型液晶表示装置を作ることができ
る。 【００７５】従って、偏光板とλ／４板の張り合わせに
おいて、λ／４板７の遅延軸と偏光板６の透過軸の角度
が設定値から少しずれても高いコントラストの表示装置
が得られる。 【００７６】ここで、図６、図７はパネルの表面反射の
影響を除去しているが、実際の使用時にはパネルの表面
反射の影響を無視することはできず、その場合のコント
ラスト比は２０程度であるが反射型液晶表示装置のコン
トラストとして良好な値となる。 【００７７】本実施形態で用いている垂直配向液晶材料
を用いた液晶表示装置は、電圧無印加時に液晶層のリタ
デーションをほぼ０にできるので、ノーマリーブラック
表示の場合、暗状態をより暗くすることができ、コント
ラストを高めることができる。 【００７８】（実施形態２）本発明の実施形態２につい
て図２を用いて説明する。 【００７９】実施形態１と同一の構成については同一の
符号を付加している。 【００８０】一方の基板１にＡｌ、Ｔａ等の反射率の高
い材料で形成された反射電極３とＩＴＯ等の透過率の高
い材料で形成された透明電極８とが設けられ、基板２に
対向電極４が設けられ、反射電極３及び透明電極８と対
向電極４との間に負の誘電性異方性を示す液晶材料から
なる液晶層５が挟持されている。 【００８１】反射電極３、透明電極８及び対向電極４の
液晶層５と接する面にはそれぞれ垂直配向性の配向膜
（図示せず）が形成されており、配向膜の塗布後、少な
くとも一方の配向膜にラビング等の配向処理を行ってい
る。 【００８２】液晶層５の液晶分子は、垂直配向性の配向
膜に対するラビング等の配向処理により、基板面の垂直
方向に対して０．１゜から５゜程度のチルト角を持つ。 【００８３】ここで、反射電極３は液晶層に電圧を印加
する電極として用いているが、反射電極を電極として使
わずに、透明電極８を反射電極の上まで延ばして反射領
域での液晶層５に電圧を印加する電極としても良い。 【００８４】液晶層５の液晶材料として、実施形態１と
同じＮｅ＝１．５５４６、Ｎｏ＝１．４７７３の屈折率
異方性を有する液晶材料を用いた。 【００８５】基板２の対向電極４が形成された側の反対
面にλ／４板７が配置され、λ／４板７の遅延軸は、液
晶層５に電圧を印加したときに液晶分子の長軸方向に対
して４５°傾けるように配置されている。 【００８６】基板１の反射電極３及び透明電極８が形成
された側の反対面にλ／４板１０が配置され、λ／４板
１０の遅延軸は、λ／４板７の遅延軸と同一方向に設定
されている。 【００８７】λ／４板７の基板２とは反対側の面に偏光
板６が、λ／４板１０の基板１とは反対側に偏光板９が
それぞれ設けらており、偏光板６と偏光板９の透過軸
は、λ／４板７とλ／４板１０の遅延軸に対して４５゜
傾けるように設定されている。 【００８８】図８（ａ）は本発明の実施形態２のアクテ
ィブマトリクス基板の平面図を示し、図８（ｂ）は図８
（ａ）のＡ−Ａ断面の断面図を示す。 【００８９】アクティブマトリクス基板は、ゲート配線
２１、データ配線２２、駆動素子２３、ドレイン電極２
４、補助容量電極２５、ゲート絶縁膜２６、絶縁性基板
２７、コンタクトホール２８、層間絶縁膜２９、反射用
絵素電極３０と透過用絵素電極３１を備えている。 【００９０】補助容量電極２５は、ドレイン電極２４と
電気的に接続されており、ゲート絶縁膜２６を介してゲ
ート配線２１と重畳し補助容量を形成している。 【００９１】コンタクトホール２８は、透過用絵素電極
３１と補助容量電極２５を接続するために層間絶縁膜２
９に設けられている。 【００９２】このアクティブマトリクス基板は一つの絵
素の中に反射用絵素電極３０と透過用絵素電極３１を備
えており、一つの絵素の中に外部からの光を反射する反
射用絵素電極３０部分とバックライトの光を透過する透
過用絵素電極３１部分を形成している。 【００９３】図１３を用いて実施形態２の液晶表示装置
における光の透過状態を説明する。 【００９４】図１３（ａ）は液晶層５に電圧が印加され
いない黒表示の場合を示し、図１３（ｂ）は液晶層５に
電圧が印加された白表示の場合を示している。 【００９５】図１３で、反射電極３を有する領域は実施
形態１の反射型液晶表示装置と同じ構成であり、反射型
表示装置として用いる場合には第１の反射型液晶表示装
置と同様の原理で表示が可能であるので説明は省略す
る。 【００９６】図１３（ａ）、及び図１３（ｂ）の右の領
域である透明電極８が形成された領域の光の状態を説明
する。 【００９７】図１３（ａ）の下側から光源（図示せず）
によって出射された光は偏光板９で偏光板９の透過軸に
一致した直線偏光になる。 【００９８】λ／４板１０は、λ／４板１０と偏光板９
の透過軸方向の遅延軸方向が４５゜になるように配置さ
れており、λ／４板１０を通過した光は円偏光になる。 【００９９】液晶層５に電界が発生していない場合は、
負の誘電率異方性を示す液晶材料を用いた液晶層５は液
晶分子が基板面からほぼ垂直に配向しており、入射する
光に対する液晶層５の屈折率異方性は極わずかであり、
光が液晶層５を透過することによって生じる位相差はほ
ぼ０である。 【０１００】従って、λ／４板１０から出射される円偏
光は、円偏光を崩さずに液晶層５を透過し、λ／４板７
に入射する。 【０１０１】λ／４板１０の遅延軸方向とλ／４板７の
遅延軸方向が一致しており、λ／４板７に入射した円偏
光は、偏光板９の透過軸方向と直交する方向の直線偏光
になり、偏光板６に入射される。 【０１０２】λ／４板７から出射された直線偏光は、偏
光板６の透過軸と直交する方向の直線偏光であり、偏光
板６で吸収され光は透過しない。 【０１０３】この様に、液晶層５に電圧を印加しない場
合は黒表示になる。 【０１０４】次に図１３（ｂ）によって白表示を説明す
る。 【０１０５】図１３（ｂ）は液晶層に電圧を印加する場
合でありλ／４板１０を光が通過するまでは図１３
（ａ）と同一であり説明は省略する。 【０１０６】液晶層５に電圧を印加すると、基板表面か
ら垂直方向に向いていた液晶層５の液晶分子は基板面と
水平方向に傾き、液晶層に入射したλ／４板１０からの
円偏光は、液晶層５の複屈折により楕円偏光になり、λ
／４板７を通過した後でも偏光板６の透過軸と直交する
直線偏光にはならず、偏光板６を通して光が透過する。 【０１０７】この時の液晶層５に印加される電圧を調整
することで、偏光板６に入射する光の偏光状態を変える
ことができ、偏光板６を透過する光量を調整し階調表示
が可能になる。 【０１０８】また、液晶層５の位相差が１／２波長条件
になるように、液晶層５に電圧を印加すると、λ／４板
１０を通った後の円偏光は液晶層５のセル厚の半分の地
点で偏光板９の透過軸に直交する直線偏光になり、残り
の液晶層５を通過すると円偏光になる。 【０１０９】液晶層５から出射される円偏光はλ／４板
７を通過すると偏光板６の透過軸と平行な直線偏光にな
るため、偏光板６に入射される光のほとんどが偏光板６
を透過するため偏光板６の透過光は最大になる。 【０１１０】よって、実施形態２では、反射電極３の領
域及び透明電極８の領域共に、液晶層５に電圧が印加さ
れていないときは、液晶層５に複屈折が無く黒表示が得
られ、液晶層５に電圧を印加することで光の透過量を調
整し階調表示が可能になる。 【０１１１】図９に実施形態２において、液晶層のセル
ギャップｄ＝３．５６μｍ、液晶層の位相差ｄΔＮ＝
０．２７５２の透過反射両用型液晶表示装置の透過領域
での垂直入射垂直受光時の分光透過率特性を示す。 【０１１２】ここで、反射電極３が有る領域での分光反
射率特性は図４と同様である。 【０１１３】図９は、空気に対しての垂直入射垂直受光
時の分光透過を１００としている。 【０１１４】図９に示す様に、液晶層５に電圧を印加し
ていない黒表示と、電圧５Ｖ印加時の明表示において、
４００ｎｍから７００ｎｍの波長域全域で十分なコント
ラスト比が得られる。 【０１１５】また、液晶層５への印加電圧が５Ｖの場
合、約３０％の反射率が得られ、これは用いている偏光
板６の透過率の８割程度である。 【０１１６】このことからも、この表示方式は光の利用
効率が高く透過反射両用型液晶表示装置に適している。 【０１１７】図１０は実施形態２の液晶表示装置におい
て、液晶層５のセルギャップをｄ＝４．５μｍ、液晶層
５の位相差をｄΔＮ＝０．３４７９としたときの透過反
射両用型液晶表示装置の透過領域での垂直入射垂直受光
時の分光透過率特性を示す。 【０１１８】図９のセルギャップｄ＝３．５６μｍの透
過反射両用型液晶表示装置と同様に、液晶層５に電圧を
印加していない黒表示と、電圧５Ｖ印加時の明表示にお
いて、４００ｎｍから７００ｎｍの波長域全域で十分な
コントラスト比が得られ、また、液晶層への印加電圧が
５Ｖの場合に約４０％の透過率が得られる。 【０１１９】図１１に実施形態２の透過反射両用型液晶
表示装置の透過領域での垂直入射垂直受光時の波長５５
０ｎｍでのセルギャップとコントラスト比の関係を示
す。 【０１２０】図１１は、液晶の位相差ｄΔｎが１／２波
長条件を満たす電圧を印加して測定してる。 【０１２１】この様に、セルギャップに関係無く透明電
極８の領域で透過型液晶表示装置として用いる場合コン
トラスト比８００以上、反射電極３の領域で反射型液晶
表示装置として用いる場合コントラスト比５００以上を
維持している。 【０１２２】よって液晶層５に電圧印加時に、位相差ｄ
Δｎが１／２波長条件を満たす限りコントラスト比の低
下無しで表示でき、セルギャップｄを任意に設定するこ
とが可能である。 【０１２３】図１２にλ／４板７の遅延軸を偏光板６の
透過軸に４５°傾けた場合を０°とした場合のλ／４板
７の遅延軸の角度のずれとコントラスト比の関係を示
す。 【０１２４】ここで、λ／４板７の遅延軸の角度のずれ
が３°以内ならば、透明電極８の形成された透過領域で
透過型液晶表示装置として使用する場合や、反射電極３
の形成された反射領域で反射型液晶表示装置として使用
する場合、共にコントラスト比５０以上が得られ、良好
な表示特性の反射型透過両用型液晶表示装置が得られ
る。 【０１２５】従って、周囲の光が暗い場合はバックライ
トを用いて透明電極８を透過する光を利用して表示する
透過型液晶表示装置として使用し、周囲光が明るい場合
には、光反射率の比較的高い膜で形成した反射電極３で
の反射光を利用して表示する反射型液晶表示装置として
表示が可能になる。 【０１２６】従って、１枚のパネルで周囲の光が暗い場
合ではバックライトを用い、周囲光が明るい場合はバッ
クライトを使わずに周囲光を利用する、あるいは、バッ
クライトと反射光の両方を使用しても表示が可能な透過
反射両用型液晶表示装置として用いることが可能にな
る。 【０１２７】よって、従来の透過型液晶表示装置よりも
周囲光が明るい場合にはバックライトを使わない分低消
費電力であり、周囲の光が暗い場合ではバックライトを
用いることで、従来の反射型液晶表示装置のように周囲
の光が暗いと十分な表示が得られないという欠点を克服
できる。 【０１２８】本実施形態で用いている垂直配向液晶材料
を用いた液晶表示装置は、電圧無印加時に液晶層のリタ
デーションをほぼ０にできるので、ノーマリーブラック
表示の場合、透過表示および反射表示で暗状態をより暗
くすることができ、コントラストを高めることができ
る。 【０１２９】（実施形態３）本発明の実施形態３につい
て図３の断面概略図を用いて説明する。 【０１３０】実施形態１及び実施形態２と共通の構成に
ついては説明を省略する。 【０１３１】実施形態３の液晶表示装置は、基板１と偏
光板９の間にλ／４板１０と光学補償板１２を有し、基
板２と偏光板６の間にλ／４板７と光学補償板１１を有
している。 【０１３２】液晶層５に電圧が印加されていない場合
は、負の誘電率異方性を示す液晶材料を用いた液晶層５
の液晶分子は基板面からほぼ垂直に配向しており、基板
正面からは液晶層５による屈折率異方性は無い。 【０１３３】しかしながら、反射型液晶表示装置として
用いる場合には、光は基板面に対して垂直方向だけでな
く他の方向からの光も表示に利用するため、周囲光等の
基板面に対して斜め方向の光が液晶層５に入射する場合
には、屈折率異方性の影響を受ける。 【０１３４】また、視角方向も基板表面に垂直とは限ら
ないため、視角方向が基板面の垂直方向からずれるにつ
れて液晶層５の液晶分子の屈折率異方性の影響を受ける
ようになり、コントラストの低下が発生する。 【０１３５】そこで、液晶層５の光の入射方向や視角方
向で発生する液晶分子の屈折率異方性に起因する影響を
補償するような光学補償層１１，１２を設けることによ
り、液晶層５の光の入射方向や視角方向で発生する屈折
率異方性を補償することができ、光の入射方向や視角方
向に依存するコントラストの低下を防止できる。 【０１３６】また垂直配向液晶層５で電圧印加時に液晶
分子が一方向に傾く様に液晶分子のプレティルトを基板
表面の垂直の方向から若干寝かしている場合には、垂直
配向液晶層５の電圧無印加時であっても基板に対して垂
直方向において若干の屈折率異方性が発生するので、こ
の屈折率異方性を補償する様に、光学補償層を設計する
ことにより、基板表面から垂直方向からみたコントラス
ト比もさらに向上する。 【０１３７】実施形態３ではλ／４板と光学補償層を別
の層として説明したが、同一層に作り込んでも同様の効
果が得られる。 【０１３８】また、実施形態３では光学補償層１１と光
学補償層１２の２つの光学補償層を用いたが、光学補償
層１１だけとしてもよい。 【０１３９】実施形態３では透過反射両用型表示装置で
説明したが、実施形態１の反射型液晶表示装置におい
て、偏光板６と反射電極３の間に液晶層５の液晶分子の
屈折率異方性を補償するように光学補償層を設けること
によりコントラスト比の低下を防止できる。 【０１４０】また、実施形態１乃至実施形態３では、白
表示と黒表示の場合について説明したが、反射領域や透
過領域の対応箇所に各色のカラーフィルターを設けてカ
ラー表示を行うこともできる。 【０１４１】実施形態１乃至実施形態３の負の誘電率異
方性を示す液晶材料を用いた垂直配向液晶層５にカイラ
ル材を添加することにより、電圧印加時に液晶分子を旋
回させて電圧印加時の液晶分子の旋回を安定したものと
することができる。 【０１４２】その際に、液晶層が９０°ツイストとなる
ように配向処理することにより、電圧印加時のディスク
リネーション防止のため基板面の法線方向に対し数度傾
斜して配向させた場合に液晶分子の傾斜方向にリターデ
ーションが発生するが、基板付近の液晶分子の傾斜した
方向が上下の基板付近で互いに９０°の角度をなしてい
るため、発生するリターデーションを打ち消すことがで
き、漏れ光が少ない黒表示が得られる。 【０１４３】実施形態１乃至実施形態３は、負の誘電率
異方性を有する垂直配向性液晶を用いているが、平行配
向性液晶を用いても同様の表示が可能である。 【０１４４】即ち、垂直配向性液晶の代わりに平行配向
性液晶を用いると、電圧無印加時に液晶分子が基板面に
平行に配置され、電圧印加時に液晶分子が基板面の法線
方向に傾くため、電圧無印加時に白表示、電圧印加時に
黒表示の液晶表示装置が得られる。 【０１４５】この平行配向性液晶を用いた黒表示の場合
は基板付近の液晶分子により、垂直配向性液晶の場合よ
りも残存するリターデンションが多くなる。この為より
完全な黒表示を行う為にはこれを補償する位相差板を併
用すればよい。 【０１４６】液晶分子が概ね基板面の垂直方向に向いて
いる状態の液晶層において、反射モードではαのリター
デーションが残存している場合、λ／４板７に代えて、
（λ／４−α）のリターデーションをもつ位相差板を配
置すればよい。 【０１４７】反射モードでは、液晶層には、円偏光から
液晶層の残存しているリターデーション分ずれた楕円偏
光が入射する。液晶層を通過し、反射機能を有する領域
で円偏光となり、反射して回転方向が逆転した円偏光と
なる。液晶層を通過して液晶層から出射するとき、円偏
光からずれた楕円偏光となる。このときの楕円偏光は、
入射時位相が９０度ずれた状態にある。位相差板を通過
すると偏光板６の透過軸と直交する直線偏光となる。 【０１４８】従って、液晶分子が基板面の垂直方向に向
いている状態の液晶層に残存するリターデーションが無
視できない場合でも、そのリターデーションを考慮した
位相差板を配置することにより反射モードでコントラス
トの高い表示が実現できる。 【０１４９】更に、液晶層に反射モードではα、透過モ
ードではβのリターデーションが残存している場合、λ
／４板７に代えて（λ／４−α）のリターデーションを
もつ位相差板、λ／４板１０に代えて（λ／４−（β−
α））のリターデーションをもつ位相差板を配置すれば
よい。 【０１５０】透過機能を有する領域の透過光で表示を行
う透過モードでは、液晶分子が基板面の垂直方向に向い
ている状態では、液晶層を出射したとき反射モードの出
射光と同じ状態の楕円偏光となるように上記（λ／４−
（β−α））のリターデーションをもつ位相差板が設定
され、その位相差を有した楕円偏光が上記（λ／４−
α）のリターデーションをもつ位相差板に入射するの
で、上記（λ／４−α）のリターデーションをもつ位相
差板を通過したとき、偏光板６の透過軸と直交する直線
偏光となり光漏れの少ない暗表示となる。 【０１５１】従って、液晶分子が基板面の垂直方向に向
いている状態の液晶層に残存するリターデーションが無
視できない場合でも、そのリターデーションを考慮した
位相差板を配置することにより反射モードでコントラス
トの高い表示が実現できる。 【０１５２】 【発明の効果】反射機能を有する領域と透過機能を有す
る領域とを備えた液晶表示装置が第１の偏光手段と第２
の偏光手段と第１の位相差板と第２の位相差板とを有す
ることにより、反射モードおよび透過モードを備えた表
示装置においてコントラストの高い表示が可能となる。
また、反射モードおよび透過モードを併用した場合に同
時に暗表示が可能となり両方併用してもコントラストの
高い表示が可能となる。さらに電圧によりリターデーシ
ョン値を変化させることで階調表示が可能となる。 【０１５３】また、第１の位相差板と第２の位相差板の
リターデーションがλ／４条件に設定されていることに
より、液晶層の液晶分子が概ね基板面の垂直方向に向い
ているときに、液晶層のリターデーションがほとんどな
い場合には、反射領域及び透過領域において、液晶層と
位相差板を通過し、第１の偏光板に入射する光が、偏光
板の透過軸と直交する直線偏光となるため光漏れの少な
い暗表示が得られる。 【０１５４】また、反射領域の液晶層のリターデーショ
ンがαだけ残存する場合に第１の位相差板のリターデー
ションが（λ／４−α）条件に設定されていることによ
り、液晶層の液晶分子が概ね基板面の垂直方向に向いて
いるときに、反射領域の液晶層のリターデーションがα
だけ残存していても、反射領域において、液晶層と位相
差板を通過し、第１の偏光板に入射する光が、偏光板の
透過軸と直交する直線偏光となるため光漏れの少ない暗
表示が得られる。 【０１５５】また、反射領域の液晶層のリターデーショ
ンがαだけ残存し、透過領域の液晶層のリターデーショ
ンがβだけ残存する場合に、第１の位相差板のリターデ
ーションが（λ／４−α）条件に、第２の位相差板のリ
ターデーションが（λ／４−（β−α））条件に設定さ
れていることにより、液晶層の液晶分子が概ね基板面の
垂直方向に向いているときに、反射領域の液晶層のリタ
ーデーションがα、透過領域の液晶層のリターデーショ
ンがβだけ残存していても、反射領域及び透過領域にお
いて、液晶層と位相差板を通過し、第１の偏光板に入射
する光が、偏光板の透過軸と直交する直線偏光となるた
め光漏れの少ない暗表示が得られる。 【０１５６】また、第１の位相差板及び第２の位相差板
がλ／４板からなり、第１の偏光手段の透過軸と第１の
位相差板とのなす角度が４５°かつ第２の偏光手段の透
過軸と第２の位相差板とのなす角度が４５°であること
により、反射モードおよび透過モードを併用した場合で
も暗表示時の液晶分子の状態が同じであり、同時に光漏
れのない暗表示が可能となり、周囲光強度がどのような
状態であっても反射型、透過型或いは両用型としてコン
トラストの高い表示が実現される。 【０１５７】また、負の誘電率異方性を示す液晶材料を
用いた垂直配向液晶層を用いれば、電圧無印加時の黒表
示の際に偏光板から漏れる光が少なく、電圧印加時の白
表示及びカラーフィルターによるカラー表示の際に光の
利用効率が高く、優れた表示品位を有する反射型液晶表
示装置を実現できる。 【０１５８】また、液晶層の光の入射方向や視角方向で
発生する液晶分子の屈折率異方性に起因する影響を補償
するような光学補償層を設けることにより、光の入射方
向や視角方向に依存するコントラストの低下を防止でき
る。 【０１５９】また、負の誘電性異方性を示す液晶材料を
用いた垂直配向液晶層にカイラル材を添加し電圧印加時
に液晶分子を旋回させれば、電圧印加時の液晶分子の旋
回を安定したものとすることができ、上下基板のラビン
グ方向を同一方向以外に施す場合、配向処理の軌跡が同
一方向でなくなるため筋目が目立ちにくくなる。 【０１６０】また、液晶層が９０°ツイストしていれ
ば、電圧印加時のディスクリネーション防止のため基板
の法線方向に対し数度傾斜して配向させた場合に液晶分
子の傾斜方向にリターデーションが発生するが、基板付
近の液晶分子の傾斜した方向が上下の基板付近で互いに
９０°の角度をなしているため、発生するリターデーシ
ョンを打ち消すことができ、漏れ光が少ない黒表示が得
られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置の断面構成図である。 【図２】本発明の実施形態２における透過反射両用型液
晶表示装置の断面構成図である。 【図３】本発明の実施形態３における透過反射両用型液
晶表示装置の断面構成図である。 【図４】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置のセルギャップｄ＝３．５６μｍの垂直入射垂直受光
時の分光反射率特性図である。 【図５】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置のセルギャップｄ＝４．５μｍの垂直入射垂直受光時
の分光反射率特性図である。 【図６】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置の垂直入射垂直受光時の波長５５０ｎｍでのセルギャ
ップとコントラスト比の関係図である。 【図７】本発明の実施形態１における反射型液晶表示装
置の電極構成を示した図である。 【図８】本発明の実施形態２における反射型液晶表示装
置の電極構成を示した図である。 【図９】本発明の実施形態２におけるセルギャップｄ＝
３．５６μｍの透過反射両用型液晶表示装置の透過領域
での垂直入射垂直受光時の分光反射率特性図である。 【図１０】本発明の実施形態２におけるセルギャップｄ
＝４．５μｍの透過反射両用型液晶表示装置の透過領域
での垂直入射垂直受光時の分光反射率特性図である。 【図１１】本発明の実施形態２における透過反射両用型
液晶表示装置の透過領域での垂直入射垂直受光時の波長
５５０ｎｍでのセルギャップとコントラスト比の関係図
である。 【図１２】本発明の実施形態２における透過反射両用型
液晶表示装置の透過領域においてλ／４板の遅延軸を偏
光板の透過軸に４５°傾けた場合を０°とした場合の、
λ／４板の遅延軸の角度のずれとコントラスト比の関係
図である。 【図１３】本発明の実施形態１及び実施形態２の液晶表
示装置における光の透過状態を説明する図である。 【符号の説明】 １、２ 基板 ３ 反射電極 ４ 対向電極 ５ 液晶層（垂直配向） ６、９ 偏光板 ７、１０ λ／４板 ８ 透明電極 １１、１２ 光学補償層

フロントページの続き (72)発明者 藤岡 正悟 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 丸山 裕子 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 島田 尚幸 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 吉村 洋二 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 片山 幹雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 石井 裕 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA11X FA11Z FA14Y FA41Z FD06 FD10 GA02 GA03 GA13 HA06 HA07 HA09 HA10 KA02 LA17 LA30 2H092 GA11 HA04 HA05 JA24 JB07 JB13 NA01 PA10 PA11 QA06 QA07 QA09 QA10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 反射領域用絵素電極と透過領域用絵素電
   極とを有する一方基板と対向電極が形成された他方基板
   を有し、前記一方基板と前記他方基板の間に液晶層が挟
   持された液晶表示装置であって、 前記他方基板の前記液晶層とは反対の面に設けられた第
   １の偏光手段と、 前記一方基板の前記液晶層とは反対の面に設けられた第
   ２の偏光手段と、 前記第１の偏光手段と前記液晶層との間に設けられた第
   １の位相差板と、 前記第２の偏光手段と前記液晶層との間に設けられた第
   ２の位相差板とを有する液晶表示装置。