JP2004302359A

JP2004302359A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004302359A
Application number: JP2003097982A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Arai; 則博荒井; Takeshi Suzuki; 鈴木　　剛; Toshiharu Nishino; 利晴西野; Kunpei Kobayashi; 君平小林
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-28
Also published as: CN1306327C; CN1534354A; US20040196422A1

Abstract

【課題】透過表示と反射表示の両方で必要な光強度、色純度及びコントラストが全て確保された良好なカラー表示品質が得られる半透過反射型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】前側透明基板１１の内面に赤、緑、青の各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂからなるカラーフィルタ層１７が形成され、後側透明基板１２の内面で画素領域Ｄｐの約半分の領域に反射膜１５を設けて反射部Ｄｒとし、他の半分の領域を透過部Ｄｔとし、基板間隔Ｔとカラーフィルタ１７の層厚ｔを最適に設定して透過部Ｄｔの液晶層厚ｄ２を高いコントラストの透過表示が得られる層厚とし、これに対して、反射表示においても高いコントラストが得られる反射部Ｄの層厚ｄ１をカラーフィルタ層１７の層厚に応じてギャップ調整層１８の層厚ｆを最適設定することにより得る。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、透過表示と反射表示の両方の表示が可能な液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機や携帯情報端末機等の携帯ツールに好適なディスプレイとして、消費電力の少ない半透過反射型液晶表示装置が多用されている。この半透過反射型液晶表示装置は、例えば自然光や室内照明等の使用環境から得られる外光が豊富な場所ではそれら外光を利用した反射表示とし、外光が弱い場所では内蔵の照明装置を利用した透過表示に切り換えることにより、主に照明装置に費やされる消費電力を少なく抑えるようにした液晶表示装置である。
【０００３】
そのような半透過反射型液晶表示装置は、大略、半透過反射層を設けた液晶セルを挟んで、その液晶セルを観察する側である前側と後側にそれぞれ偏光板を設置して液晶表示素子とし、この液晶表示素子の後側にバックライトを配設して構成されている。この場合、半透過反射層は視差による画像ボケ等を防止するために液晶セル内に設けることが好ましく、その場合の半透過反射層としては、入射光をそれぞれ所定の割合で反射させると共に透過させる半透過反射板タイプのものや、画素領域に部分的に反射膜を設けて反射部と透過部を形成する部分反射タイプのものがあり、それら半透過反射層は、液晶セルの後側基板と液晶層の間に設置されている。
【０００４】
上述した半透過反射板タイプの半透過反射層を用いる場合、反射表示と透過表示の双方において、必然的に半透過反射層に入射した光のうちのいくらかが表示に利用できずにロスとなるために、部分反射タイプのものに比べて表示が暗いという問題がある。部分反射タイプの半透過反射層を用いる場合、半透過反射板タイプに比べて光の利用効率は改善される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１１１９０２号公報（第５〜７頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半透過反射型液晶表示装置に特有の問題として、反射表示と透過表示の双方で良好な表示品質を得ることが難しいという問題がある。これは、反射表示と透過表示とでは、光路及び光源光の種類等が異なるために、一方の表示に最適な光学設計を行っても、その光学設計が他方の表示では最適とならないからである。特に、カラー表示を行う半透過反射装置では、例えば反射表示で充分な光強度（明るさ）と色純度が得られるカラーフィルタを用いても、そのカラーフィルタでは透過表示において充分な光強度が得られても必要な色純度を得ることができないという根本的な問題が存在する。この問題を解消するため、部分反射タイプでは反射部と透過部にそれぞれに最適な異なる種類のカラーフィルタを設置することも可能であるが、その場合、格段に製造コストがアップしてしまう。
【０００７】
この問題を解決できる半透過反射型カラー液晶表示装置として、部分反射タイプで、透過部と反射部とでカラーフィルタの層厚を異ならせることにより、反射表示と透過表示の双方で光強度及び色純度が共に充分なカラー表示を得ようとするものが提案されている。
【０００８】
一方、反射表示と透過表示の両方で充分に高いコントラストを得るには、反射表示光路と透過表示光路の各光路における液晶層厚等に基づく位相差を最適に設定する必要があるが、上述したように光強度及び色純度が共に充分なカラー表示を得るために透過部と反射部とでカラーフィルタの層厚を異ならせた場合、これに液晶層の層厚も大きく影響される。
【０００９】
以上のような理由から、半透過反射式カラー液晶表示装置により、反射表示と透過表示の両方で、必要な光強度、色純度及びコントラストが全て確保された良好なカラー表示品質を得ることは、極めて困難である。
【００１０】
本発明は、透過表示と反射表示の両方で必要な光強度、色純度及びコントラストが全て確保された良好なカラー表示品質が得られる半透過反射型カラー液晶表示装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、表示を観察する側である前側の基板とこの前側基板に対向配置された後側基板との間に液晶層が設けられ、前記前側基板と後側基板の対向する内面の一方に少なくとも一つの電極が、他方に前記少なくとも一つの電極に対向させて複数の画素を形成するための複数の電極が、それぞれ設けられるとともに、前記液晶層よりも後側で各画素毎の予め定めた一方の領域を除いた他方の領域に反射膜が、前記前側基板と前記後側基板の何れかの内面に前記各画素に対応させてカラーフィルタ層が、それぞれ設けられて成り、前記各画素毎に、前記反射膜が設けられた他方の領域により前側から入射した光を前記反射膜で反射して前側に出射させる反射部と、前記反射膜が設けられていない一方の領域により後側から入射した光を透過させて前側に出射させる透過部とが形成された液晶素子と、前記液晶素子の前側と後側とにそれぞれ配置された前側偏光板と後側偏光板と、前記後側偏光板の後側に配置されたバックライトとを、備えた液晶表示装置であって、前記前側基板と前記後側基板との間で前記透過部を除いた領域のうちの少なくとも前記反射部に対応する領域に、前記カラーフィルタ層の厚さに応じて前記透過部の液晶層厚に対する前記反射部の液晶層厚を調整する液晶層厚調整層を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
この液晶表示装置によれば、１画素に反射部と透過部を設けた半透過反射式カラー液晶表示装置において、前側基板と後側基板との間で透過部を除いた領域のうちの少なくとも反射部に対応する領域に、カラーフィルタ層の厚さに応じて透過部の液晶層厚に対する反射部の液晶層厚を調整する液晶層厚調整層を設けたから、透過部と反射部のそれぞれにおいてカラーフィルタの厚さと液晶層厚を最適に設定でき、透過表示と反射表示の両方で色純度及び光強度が充分で且つコントラストの高い良好な表示品質を得ることができる。
【００１３】
本発明の液晶表示装置においては、請求項２に記載のように、前記各画素において、前記反射部に対応するカラーフィルタ層の層厚が前記透過部に対応するカラーフィルタ層の層厚よりも薄く、且つ、前記反射部の液晶層厚ｄ１が前記透過部の液晶層厚ｄ２よりも小さくなるように、前記液晶層厚調整層の層厚が設定されていることが好ましく、これにより、反射部と透過部の両領域において、カラーフィルタの厚さと液晶層厚の双方を最適に設定することができ、透過表示と反射表示の両方で色純度及び光強度が共に充分に高く且つコントラストも充分に高い極めて良好な表示品質を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の液晶表示装置は、請求項３に記載のように、前記各画素において、前記反射部に対応するカラーフィルタ層の層厚と前記透過部に対応するカラーフィルタ層の層厚とを等しくし、且つ、前記反射部の液晶層厚ｄ１が前記透過部の液晶層厚ｄ２よりも薄くなるように、前記液晶層厚調整層の層厚を設定することが好ましく、これにより、透過表示と反射表示の両方で必要な光強度と色純度が確保されると共にコントラストが充分に高い良好なカラー表示が得られ、且つ製造が容易な半透過反射式カラー液晶表示装置を提供することができる。
【００１５】
そして、液晶層厚を反射部と透過部とで個別に最適設定する場合は、請求項４に記載のように、前記反射部の液晶層の層厚ｄ１と屈折率異方性Δｎとの積Δｎｄ１が、対向電極間に実質的に電界が形成されていない無電界時において透過光に１／４波長の位相差を与える値に設定され、前記透過部の液晶層の層厚ｄ２と屈折率異方性Δｎとの積Δｎｄ２が、前記無電界時において透過光に１／２波長の位相差を与える値に設定され、前記前側偏光板及び前記後側偏光板前側と前記液晶層との各間に透過光に１／４波長の位相差を与える位相差板が各遅相軸を直交させてそれぞれ配置されるとともに、前記前側偏光板と前記後側偏光板が各透過軸を直交させて配置され、且つ、前記前側位相差板が無電界時の前記液晶層に対してそれぞれの位相差を打ち消し合うように配置されていることが好ましく、これにより、反射表示と透過表示の双方において明表示時における出射光量を最大とし暗表示時における光漏れを最小として表示コントラストを最大限に高めることが可能となる。
【００１６】
更に、本発明の液晶表示装置においては、請求項５に記載のように、前記各画素において、前記反射部に対応するカラーフィルタ層の層厚が前記透過部に対応するカラーフィルタ層の層厚よりも薄く、且つ、前記反射部の液晶層厚と前記透過部の液晶層厚とが共に層厚ｄで等しくなるように、前記液晶層厚調整層の層厚を設定してもよく、これにより、透過表示と反射表示の両方で色純度及び光強度が充分に高く且つ必要なコントラストが確保された良好なカラー表示が得られると共に製造歩留まりの高い半透過反射式カラー液晶表示装置を提供できる。そして、この請求項５の構成は、請求項６に記載のように、単純マトリクス式のＳＴＮ型液晶表示装置に適用するのが最も効果的で、その場合、ＳＴＮ型液晶表示装置によっても透過表示と反射表示の両方で色純度及び光強度が充分に高く且つ必要なコントラストが確保された半透過反射式カラー表示を得ることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態としての液晶表示装置について、図１及び図２に基づき説明する。図１は本実施形態の液晶表示装置を示す分解斜視図で、図２はその要部の構成を示す模式的断面図である。
【００１８】
本例の液晶表示装置は携帯電話機のディスプレイとして用いられる半透過反射式カラー液晶表示装置であり、図１に示すように、大別して、液晶表示素子ＬＤとその後側（反観察側）に配置された面光源バックライトＢＬからなる。液晶表示素子ＬＤは、液晶セル１と、この液晶セル１を挟んでその前側（表示の観察側）と後側にそれぞれ設置された前偏光板２と後偏光板３、液晶セル１と前偏光板２との間に設置された前位相差板４、液晶セル１と後偏光板３との間に設置された後位相差板５、及び前位相差板４と液晶セル１間に配置された光散乱板６から構成されている。ここで、光散乱板６は反射表示におけるミラー反射や外景の写り込みを防止するために設けられている。本例では、光散乱板６として、特定の範囲の方向から入射した光のみを効率良く散乱させる指向性散乱反射板を設けてあり、これにより、液晶セル１の前方に光散乱板を配置することに起因する画像ボケや明るさの低下が抑制される。
【００１９】
液晶セル１では、図２に示すように、前側の透明基板１１と後側透明基板１２とが図示されていない枠状に配置されたシール材により所定の間隙を保って接合され、このシール材に囲まれた両透明基板１１、１２間に液晶が封入されて液晶層Ｌｃが形成されている。
【００２０】
本例の液晶表示素子ＬＤは、アクティブマトリックス型液晶表示素子であり、両透明基板１１、１２間に液晶を封入して形成されている液晶層Ｌｃは、ＴＮ（ツイストネマチック）型液晶層である。従って、後側透明基板１２の前側透明基板１１に対向させる面（以下、内面という）には、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の透明金属膜からなる複数の画素電極１３がマトリクス状に配置されている。これら各画素電極１３と後述する対向側の前側透明基板１１に設けられた一枚膜状の対向電極１９との対向領域が、表示画像を形成する１画素に対応する画素領域Ｄｐとなる。
【００２１】
各画素電極１３には、印加電圧のスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１４がそれぞれ設けられている。これら各ＴＦＴ１４は、図示しないゲート配線とドレイン配線に接続されており、これら配線を通じて印加される各種駆動電圧に応じて各ＴＦＴ１４がオン・オフし、各画素電極１３に信号電圧が印加される。
【００２２】
各画素電極１３と後側透明基板１２との間には、反射膜１５がそれぞれ介設されている。この反射膜１５は１個の画素電極１３が配置された画素領域Ｄｐのうちの所定の領域を除いた部分に設置されている。
【００２３】
すなわち、液晶セル１は、少なくとも各画素領域Ｄｐ毎の所定の領域を除いた領域に反射膜１５がそれぞれ設けられ、反射膜１５が設けられた領域により前側から入射した光を反射膜１５により反射して前側に出射させる反射部Ｄｒが形成され、反射膜１５が設けられていない領域により後側から入射した光を前側に出射させる透過部Ｄｔが形成された、部分反射タイプの半透過反射式液晶セルである。
【００２４】
本例の反射膜１５はアルミニウム系合金等からなる高反射率の鏡面反射膜であり、この反射膜１５を後側透明基板１２の内面に積層されている図示されていないゲート絶縁膜や層間絶縁膜の上に形成し、この反射膜１５を一部で覆うように上記画素電極１３を積層してある。ここで、反射膜１５は、画素領域Ｄｐの略半分の領域に対応させて設けてあり、従って、この反射膜１５が設けられた略半分の領域が反射部Ｄｒとなり、他の半分の領域が透過部Ｄｔとなる。
【００２５】
そして、全ての上述した画素電極１３と薄膜トランジスタ１４を覆って、後配向膜１６が略一様に被着されている。後配向膜１６の液晶に接する表面には、液晶層Ｌｃの液晶分子をツイスト配向させるために、ラビング等の方法により所定の方向に配向処理が施されている。
【００２６】
一方、前側透明基板１１の内面にはカラーフィルタ層１７が積層されている。本例のカラーフィルタ層１７は、赤、緑、青の各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂからなり、各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、画素電極１３が配置された各画素領域Ｄｐ毎にそれぞれ所定の配列で配置されている。本例では、各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを、少なくとも対応する画素領域Ｄｐの全域にわたり同じ層厚ｔで形成してあり、従って、一つの画素領域Ｄｐは、例えば赤色フィルタ要素１７Ｒが積層されている反射部Ｄｒと、これと同じ層厚の赤色フィルタ要素１７Ｒが形成された透過部Ｄｔとからなる。この場合の各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの層厚ｔは、透過部Ｄｔによる透過カラー表示と反射部Ｄｒによる反射カラー表示の両方で必要な光強度と色純度が確保できる層厚に設定されている。本例では、各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを透過カラー表示において充分な色純度と光強度が得られる層厚に形成してあり、従って、反射カラー表示においては、色純度は充分であるが光強度は必要な強度は確保されているものの充分ではない。
【００２７】
そこで本例では、各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの各反射部Ｄｒに対応する部分に、所定の大きさの円柱又は角柱形状をなす透孔ｈ１〜ｈ３をそれぞれ部分的に穿設してある。各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂに設けた各透孔ｈ１〜ｈ３の開口面積は、反射部Ｄｒ全体の面積（総面積）の５０％以下が好ましい。このように、反射部の色フィルタ要素部分に透孔を設けることにより、反射カラー表示における光強度が改善される。
【００２８】
すなわち、前側の外部から前側透明基板１１等を介して各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂに入射した光のうち、往路又は反射膜１５に反射された後の復路の少なくともどちらかで透孔ｈ１〜ｈ３を透過した光は、各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを往復透過した光よりは強度が大きい。従って、各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂから出射される光は、往復透過した色純度の高い光と透孔を透過した強度の大きい光が混合された色純度及び強度が共に充分に高い着色光である。
【００２９】
そして、本例においては、緑色フィルタ要素１７Ｇに設けた透孔（以下、緑画素の透孔という）ｈ２の開口面積を、他の赤、青の各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇに設けた透孔（以下、赤画素の透孔、青画素の透孔という）ｈ１、ｈ３の開口面積より大きく設定してある。これは、赤、緑、青の各着色光の視感度のうちでは緑色光の視感度が最も低く、その視感度の差を補償するためであり、これにより、赤、緑、青の各反射着色光の視感度が補正され、それらの加法混色による白色光がより純白色に近い光となる。すなわち、ホワイトポイントが改善される。この場合、緑画素の透孔ｈ２の開口面積は、緑色フィルタ要素１７Ｇの反射部Ｄｒに対応する部分の総面積（以下、緑反射部総面積という）の５〜５０％、赤、青の各画素の透孔ｈ１、ｈ３の各開口面積は、赤、青反射部総面積の０〜５０％が好ましく、そのうちでも、緑画素の透孔ｈ２の開口面積率は２０〜４０％、赤、青各画素の透孔ｈ１、ｈ３の各開口面積率は０〜３０％がより好ましく、本例では、緑画素の透孔ｈ２の開口面積率を３０％とし、赤、青各画素の透孔ｈ１、ｈ３の開口面積率を１％としてある。
【００３０】
なお、各透孔ｈ１〜ｈ３は、各反射部Ｄｒに１個づつではなく複数個設けるようにしてもよい。この場合、複数個の透孔の総開口面積の各反射部Ｄｒの総面積に対する割合を上述した１個の透孔を設ける場合の割合と同じにすればよい。
【００３１】
カラーフィルタ層１７の内側表面（図２では下側）には、各画素領域Ｄｐの反射部Ｄｒに対応させて、各反射部Ｄｒにおける液晶層（ギャップ）Ｌｃの層厚を調整するためのギャップ調整層１８が、それぞれ設置されている。各ギャップ調整層１８は、アクリル樹脂等の透明有機材或いはＩＴＯ等の無機材の透明材料を用い、透過部Ｄｔを除いた領域のうちの少なくとも反射部Ｄｒに対応する領域に、各透孔ｈ１〜ｈ３を埋めて内側表面が平坦になるように形成してある。このようなギャップ調整層１８を有機樹脂材料を用いて形成する場合は、例えば、ロールコート法やスピンコート法で流動性の樹脂材料を各透孔ｈ１〜ｈ３内に隙間無く充填させるとともに所定の厚さに塗布して硬化させることにより平坦な表面のギャップ調整層膜を積層し、この後、エッチング等により必要な範囲を覆う形状にパターニングすることにより、容易に形成することができる。
【００３２】
ここで、このギャップ調整層１８の各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ上の層厚（以下、単に調整層厚という）ｆは、上述したカラーフィルタ層１７の層厚ｔに応じて透過部Ｄｔの液晶層厚ｄ２に対する反射部Ｄｒの液晶層厚ｄ１が最適となるように設定されている。この場合の反射部Ｄｒと透過部Ｄｔの各液晶層厚ｄ１、ｄ２は、反射部Ｄｒの液晶層Ｌｃを介する外光の往復反射表示光路と透過部Ｄｔを介する内蔵バックライト光の透過表示光路のそれぞれにおいて、液晶層のオン・オフに応じ観察側（前側）に出射される光量の差つまり表示のコントラストが最大となる位相差が得られるように、最適設定されている。この各液晶層厚ｄ１、ｄ２の最適設定については、後程、詳細に説明する。
【００３３】
全てのギャップ調整層１８の表面とそれらの間のカラーフィルタ層１７表面に追従させて、一枚膜状の透明な対向電極１９が積層され、その表面に追従させて、前配向膜２０が積層されている。従って、各画素領域Ｄｐにおける反射部Ｄｒの前、後配向膜１６、２０各表面間の距離つまり液晶層厚ｄ１は、透過部Ｄｔの同液晶層厚ｄ２よりも、略ギャップ調整層１８の層厚ｆ分だけ小さくなっている。ここで、本例では両基板１１、を接合するシール材（不図示）中に含有させてある基板間隔規制部材（不図示）により基板間隔Ｔが所定の大きさで確保されるから、透過部Ｄｔの液晶層厚ｄ２は、大略、カラーフィルタ層１７の層厚ｔによって決まり、反射部Ｄｒの液晶層厚ｄ１は、カラーフィルタ層１７の層厚ｔとギャップ調整層１８の層厚ｆとで決まる。つまり、最適な反射部Ｄｒの層厚ｄ１は、最適な透過部Ｄｔの液晶層厚ｄ２を与える基板間隔Ｔとカラーフィルタ層１７の層厚ｔに応じてギャップ調整層１８の層厚ｆを調整することにより得られる。
【００３４】
前配向膜２０には、液晶層Ｌｃを挟んで対向する後配向膜１６と同様に、液晶層Ｌｃの液晶分子をツイスト配向させるために所定の方向に沿ってラビングによる配向処理が施されている。
【００３５】
以上のように構成された液晶表示素子ＬＤにおいては、反射部Ｄｒの液晶層Ｌｃを介する外光の往復反射表示光路と透過部Ｄｔを介する内蔵バックライト光の透過表示光路のそれぞれにおいて、液晶層のオン・オフに応じ観察側（前側）に出射される光量の差つまり表示のコントラストが最大となる位相差が得られるように、各部材の光学条件が次のように設定されている。
【００３６】
液晶セル１の前側に設置されている前偏光板２は、図１に示すように、その透過軸２ａが液晶セル１の前側透明基板１１側の配向処理方向１１ａに対し平行となる配置で設置され、後側に設置されている後偏光板３は、その透過軸３ａが前偏光板２の透過軸２ａ対し直交する配置で設置されている。
【００３７】
液晶セル１と両偏光板２、３との間に配置されている前位相差板４と後位相差板５は、何れも透過光の常光と異常光との間にλ／４（λ：透過光の波長）の位相差を与えるλ／４位相差板であり、それぞれ、各遅相軸４ａ、５ａを隣接する前、後偏光板２、３の各透過軸２ａ、３ａに対し４５°で交差させると共に互いに直交させてある。
【００３８】
そして、液晶セル１においては、前，後配向膜２０、１６の各配向処理方向１１ａ、１２ａの方向、画素電極１３と対向電極１９間に実質的に電界が形成されていない無電界時（以下、オフ時という）における液晶層Ｌｃにおける液晶分子の初期ツイスト配向角度と、この初期ツイスト配向角度に基づく屈折率異方性Δｎ、及び画素領域Ｄｐの反射部Ｄｒと透過部Ｄｔにおける各液晶層厚ｄ１、ｄ２が、次のように設定されている。
【００３９】
オフ時における液晶層Ｌｃつまり初期ツイスト配向状態の液晶層Ｌｃは、位相差板と同様に透過光に位相差を与える光学異方体の一種であるから、まず、その遅相軸１ａが二点鎖線で示すように横軸ｘに対して４５°の角度で交差する方向に存在するように、液晶分子の初期ツイスト配向状態を設定する。
【００４０】
そのためには、無電界時における液晶層Ｌｃの液晶分子の初期ツイスト配向角度を６０°〜７０°の範囲内に設定することが好ましく、本例では６４°に設定する。そして、前透明基板１１側の前配向膜２０に施される配向処理方向１１ａを液晶表示装置の画面（前偏光板２の前面）の横軸ｘに平行で矢印方向に向かう（図中右から左に向かう）方向とし、後透明基板１２側の配向膜１６に施される配向処理方向１２ａを、横軸ｘに対して６４°で交差し矢印方向に向かう方向としてある。これにより、液晶分子が前側透明基板１１の方から視て反時計回り（左回り）方向へ６４°にわたりツイスト配向し、遅相軸１ａが前位相差板４の遅相軸４ａに直交すると共に後位相差板５の遅相軸５ａに平行な、液晶層Ｌｃが得られる。
そして、各画素領域Ｄｐにおける反射部Ｄｒと透過部Ｄｔの各液晶層厚（ギャップ）ｄ１、ｄ２を、次のように個々に最適設定してある。
【００４１】
すなわち、反射部Ｄｒの液晶層厚ｄ１は、これと液晶分子がオフ状態の配向状態にあるときの屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄ１が、透過光の波長をλ、０を含む正の整数をｋとした場合に、
Δｎ・ｄ１＝λ（２ｋ＋１）／４・・・（１）
となるように設定する。
【００４２】
一方、透過部Ｄｔの液晶層厚ｄ２は、これと液晶分子がオフ状態の配向状態にあるときの屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄ２が、透過光の波長をλ、０を含む正の整数をｋ´とした場合に、
Δｎ・ｄ２＝λ（２ｋ´＋１）／２・・・（２）
となるように設定する。
【００４３】
なお、液晶分子がオフ状態の配向状態にあるときの屈折率異方性Δｎは、液晶層厚が異なる反射部Ｄｒと透過部Ｄｔにおいて厳密には異なっているが、その違いは全光路の位相差に実質的に影響を及ぼさない無視できる程度のものである。
【００４４】
具体例には、本例の反射部Ｄｒにおける液晶層ＬｃのΔｎ・ｄ１は、透過光の常光と異常光との間にλ／４の位相差を与えるリタデーションをもつように、設定されている。一方、透過部Ｄｔにおける液晶層Ｌｃ Δｎ・ｄ２は、透過光の常光と異常光との間にλ／２の位相差を与えるリタデーションをもつように、設定されている。
【００４５】
このように、本例の液晶層Ｌｃにおいて反射部Ｄｒと透過部Ｄｔとで透過光に与える位相差にλ／４の違いをもたせるには、反射部Ｄｒの液晶層厚ｄ１を２〜４μｍとした場合、透過部Ｄｔの液晶層厚ｄ２を、初期ツイスト配向が６０°の液晶層Ｌｃで１．０μｍ程度、初期ツイスト配向が７０°の液晶層Ｌｃで０．５μｍ程度、それぞれ液晶層厚ｄ１よりも大きく設定すればよい。なお、上記（１）、（２）式を満たす液晶層厚ｄ１、ｄ２の差ｄ２ −ｄ１の好適範囲は、０．５μｍ〜６μｍである。因みに、ホモジニアス配向の液晶層の場合は、透過部Ｄｔの液晶層厚ｄ２が反射部Ｄｒの２倍程度が最適である。
【００４６】
後偏光板３の後側に設置されている面光源バックライトＢＬは、アクリル樹脂等の透明板からなる導光板３０と、その一方の端面に対向配置された例えばＬＥＤ（発光ダイオード）等の複数の発光素子３１とからなる。
【００４７】
この面光源バックライトＢＬは、発光素子３１から射出された光を導光板３０により導いてその前面から面状に出射させるものであり、発光素子３１からの射出光は、対向端面から導光板３０内に入射し、この導光板３０の前後面と外側の空気相との界面において全反射を繰り返しながら導光板３０内を進行するうちに前面から出射し、前面全域から後偏光板３に向けて面状に光が照射される。なおこのバックライトＢＬの光源は、ＬＥＤ等の発光素子に限らず、冷陰極管等の線状光源でもよい。
【００４８】
上述のように構成された液晶表示装置によれば、使用環境の光である外光の照度が充分な条件下では、その外光を利用する反射表示を行い、外光の照度が不充分な暗い環境下では内蔵されている面光源バックライトＢＬの照射光による透過表示を行うことができる。
【００４９】
まず、外光を利用する反射表示動作について図２と図３を参照して説明する。なお、図３は、反射表示動作における光の偏光状態の変遷を示す説明図で、（ａ）は無電界時であるオフ時を、（ｂ）はオン時を、それぞれ示している。
【００５０】
図２において、液晶セル１では、画素領域Ｄｐ毎に入力情報に応じて駆動電圧が印加され、電極間に電界が形成されず液晶分子が初期のツイスト配向状態にある画素領域Ｄｐ（以下、オフ画素という）と、電極間に所定の強さの電界が形成されて液晶分子が立上がり配向した状態の画素領域Ｄｐ（以下、オン画素という）とが、形成されている。図２では、赤色フィルタ要素１７Ｒに対応する画素領域Ｄｐ１がオフ画素であり、緑色フィルタ要素１７Ｇと青色フィルタ要素１７Ｂに対応する両画素領域Ｄｐ２、Ｄｐ３がオン画素である。
【００５１】
オフ画素の例えば赤色フィルタ要素１７Ｒが設けられた画素領域Ｄｐ１の反射部Ｄｒに入射した外光（非偏光）Ｒａは、図３に示されるように、前偏光板２を透過することによりその振動方向が前偏光板２の透過軸２ａに沿った直線偏光Ｐａ１となり、前位相差板４に入射する。前位相差板４に入射した直線偏光Ｐａ１は、これを透過することによりλ／４の位相差が付与されて円偏光Ｐａ２となり液晶セル１に入射する。
【００５２】
液晶セル１に入射した上記円偏光Ｐａ２は、赤色フィルタ要素１７Ｒを透過して赤色に着色された後、液晶分子が６４°にわたって初期ツイスト配向し、λ／４の位相差に相当するリタデーション（Δｎ・ｄ１）を備えたオフ状態の液晶層Ｌｃを透過する。ここで、本例のオフ状態の液晶層Ｌｃは、前述したように透過軸１ａを前位相差板４の遅相軸４ａに対して直交させて配置され、λ／４の位相差を備えた光学異方体であるから、これを透過することにより前位相差板４により付与されたλ／４の位相差が相殺される。従って、円偏光Ｐａ２は、オフ状態の液晶層Ｌｃを透過することにより、振動方向が元の直線偏光Ｐａ１と同じ方向に戻った直線偏光Ｐａ３となる。この振動方向が元に戻った直線偏光Ｐａ３は、反射膜１５により前方へ反射される。
【００５３】
反射膜１５により反射された直線偏光Ｐａ３は、反射膜１５に至るまでの往光路とは逆順の復光路を進行する。すなわち、オフ状態の液晶層Ｌｃと赤色フィルタ要素１７Ｒの透孔ｈ１を透過した後、前位相差板４を透過する。オフ状態の液晶層Ｌｃと前位相差板４は、これらを逆方向に透過する復光路においても、往光路と同様に互いに位相差を相殺しあうから、反射された直線偏光Ｐａ３は液晶層Ｌｃを透過して円偏光Ｐａ４となった後、前位相差板４を透過し、振動方向が反射されたときと同じ方向に戻った直線偏光Ｐａ５となって前位相差板４から出射され、前偏光板２に入射する。この入射する直線偏光Ｐａ５の振動方向は、前偏光板２の透過軸２ａに沿っているから、吸収されることなくそのまま前偏光板２を透過して観察側である前方に出射され、画素領域Ｄｐ１に対応する画素が赤色表示される。
【００５４】
なお、この出射直線偏光Ｐａ５は、往路で赤色フィルタ要素１７Ｒを透過し復路で赤色フィルタ要素１７Ｒの透孔ｈ１を透過した光強度の減衰が抑えられた明るい赤色着色光であり、このような明るい赤色着色光が画素領域Ｄｐ１から出射される赤色光に混じることにより、色純度だけでなく光強度も充分に高い明るい赤色反射表示がなされる。
【００５５】
また、画素領域Ｄｐ１の透過部Ｄｔに入射した外光は、液晶セル１においてオフ状態の液晶層Ｌｃを透過して直線偏光に戻った後、散乱反射されずにその直線偏光のまま液晶セル１を透過して後側へ出射される。この後、その直線偏光は後位相差板５を透過して円偏光となり、後偏光板３の吸収軸に沿った偏光成分光が吸収され、透過軸に沿った偏光成分光だけが後側に透過されて最終的には消失する。
【００５６】
一方、オン状態の画素領域である例えば青色フィルタ要素１７Ｂが設けられた画素領域Ｄｐ３の反射部Ｄｒに入射する外光（非偏光）Ｒａ´は、前偏光板２を透過して前位相差板４を透過し液晶層Ｌｃに入射するまでは、上述したオフ状態の画素領域の場合と同じ作用を受ける。すなわち、前偏光板２を透過して振動方向がその透過軸２ａに沿った直線偏光Ｐａ´１となり、これが前位相差４を透過し円偏光Ｐａ´２となってオン状態の液晶層Ｌｃに入射する。
【００５７】
オン状態の液晶層Ｌｃでは、電極間に形成された電界により液晶分子が立上がり配向している。立上がり配向した液晶層Ｌｃは層厚方向に透過する光に対するリタデーション（Δｎ・ｄ１）は実質的に０であるから、入射した円偏光Ｐａ´２はその円偏光Ｐａ´２のまま出射し、反射膜１５で反射されて再び円偏光Ｐａ´２のままオン状態の液晶層Ｌｃを透過し、前位相差板４に入射する。前位相差板４に入射した円偏光Ｐａ´２は、ここでλ／４の位相差を付与される。この場合、液晶層Ｌｃの位相差は実質的に０であるから、同じ前位相差板４を連続して透過するときと同じ作用を受ける。従って、前位相差板４を出射する光は、往路と復路で共にλ／４の位相差が付与され、合せてλ／２の位相差が付与されることにより、前位相差板４に入射する直線偏光Ｐａ´１がその振動方向に沿った面（以下、偏光面という）を９０°回転させた直線偏光Ｐａ´３である。この直線偏光Ｐａ´３は、偏光面が前偏光板２の透過軸２ａに直交する吸収軸（不図示）に沿った直線偏光であるから、前偏光板２に入射して吸収され、観察側（前側）には出射されない。従って、このオン状態の画素領域Ｄｐ３に対応する画素は黒表示となる。
【００５８】
なお、このオン状態の画素領域Ｄｐ３の透過部Ｄｔは、一対の前後偏光板２、３間に、リタデーション値が同じでそれぞれの遅相軸を互いに直交させて配置された前、後位相差板４、５が、リタデーションが略０の液晶層Ｌｃを挟んで設置された構成であるから、この透過部Ｄｔを透過する外光は、透過軸を直交させた２枚の偏光板だけの光路を透過する場合と同じであり、全て両偏光板２、３により吸収され、迷い光等となって前側に出射することはない。
【００５９】
以上のように、本例の液晶表示装置による反射カラー表示は、各色フィルタ要素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂに透孔ｈ１〜ｈ３を設けることにより光強度を向上させ、それら透孔ｈ１〜ｈ３を色感度に応じた開口比で設けることによりホワイトポイントを改善し、液晶層Ｌｃを往復透過して前偏光板２に入射する光の偏光面がオン時とオフ時においてそれぞれ透過軸２ａと吸収軸に沿うように液晶層厚ｄ１を最適設定して表示のコントラストを向上させたものである。
【００６０】
次に、本例の液晶表示装置による透過表示動作について、図２と図４を参照しながら説明する。なお、図４は透過表示動作における光の偏光状態の変遷を示す説明図であり、（ａ）はオフ時を、（ｂ）はオン時を、それぞれ示している。
【００６１】
図２において、発光素子３１（図１参照）から射出されて導光板３０に入射したバックライト光のうち、オフ状態の画素領域Ｄｐ１に向けて出射されたバックライト光（非偏光）Ｒｂは、後偏光板３を透過し、偏光面がその透過軸３ａに沿った直線偏光Ｐｂ１となり、後位相差板５に入射する。この直線偏光Ｐｂ１は、後位相差板５を透過してλ／４の位相差が付与され、円偏光Ｐｂ２となって液晶セル１に入射し、オフ状態の液晶層Ｌｃに入射する。
【００６２】
透過部Ｄｔの液晶層Ｌｃは、層厚がｄ２であり、オフ状態においてはλ／２の位相差に相当するΔｎ・ｄ２のリタデーションを有する。従って、円偏光Ｐｂ２は、その遅相軸１ａが後位相差板５の遅相軸５ａに平行なオフ状態の液晶層Ｌｃを透過する際に更にλ／２の位相差が上乗せされ、直線偏光Ｐｂ１に対し合計でλ（３／４）の位相差が付与された円偏光Ｐｂ３となり、赤色フィルタ要素１７Ｒを透過して赤色に着色された後、液晶セル１を出射する。
【００６３】
上記円偏光Ｐｂ３は、位相差がλ／４で遅相軸４ａを液晶層Ｌｃの遅相軸１ａに対して直交させた前位相差板４を透過することにより、λ／４の位相差がキャンセルされ、偏光面が後偏光板３を透過した時点の直線偏光Ｐｂ１から９０°回転されてｘ軸に沿った直線偏光Ｐｂ４となって出射する。この直線偏光Ｐｂ４は、偏光面が前偏光板２の透過軸２ａに沿った直線偏光であるから、吸収されることなくそのまま前偏光板２を透過して観察側である前方に出射され、画素領域Ｄｐ１に対応する画素が明るい赤色表示となる。
【００６４】
一方、オン状態の画素領域である例えば青色フィルタ要素１７Ｂが設けられた画素領域Ｄｐ３の透過部Ｄｔに入射するバックライト光Ｒｂ´は、図４（ｂ）に示すように、液晶層Ｌｃに入射するまではオフ状態の画素領域Ｄｐ１の場合と同様の作用を経て、直線偏光Ｐｂ´１から円偏光Ｐｂ´２となり、オン状態の液晶層Ｌｃに入射する。オン状態の液晶層Ｌｃはリタデーション（Δｎ・ｄ２）が略０であるから、入射した円偏光Ｐｂ´２はそのまま透過して液晶セル１から出射し、前位相差板４に入射する。前位相差板４は後位相差板５とは互いに遅相軸４ａ、５ａを直交させた配置関係にあって互いに付与する位相差を相殺し合うから、前位相差板４に入射した円偏光Ｐｂ´２は、これを透過することにより付与されていた位相差がキャンセルされ、元の直線偏光Ｐｂ´１と偏光面の方向が同じ直線偏光Ｐｂ´３となって出射される。
【００６５】
上記直線偏光Ｐｂ´３は、偏光面が前偏光板２の吸収軸（不図示）に沿った直線偏光であるから、前偏光板２に入射し実質的に漏れることなく吸収される。従って、このオン状態の画素領域Ｄｐ３に対応する画素は明瞭な黒表示となる。
【００６６】
このように、本例の液晶表示装置による透過表示も、オン状態の画素が黒表示となるノーマリーホワイト表示であり、オフ状態の画素では前偏光板２による光の吸収が可及的に防止され、オン状態の画素領域Ｄｐ３の透過部Ｄｔでは入射光が前、後偏光板２、３によって略完全に吸収されるから、コントラストの高いカラー透過表示が得られる。
【００６７】
次に、本発明の第２実施形態について、図５に基づき説明する。なお、以下の実施形態においては、上述した第１実施形態と同一構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６８】
本例の液晶表示装置は、第１実施形態の液晶表示装置において、前側透明基板１１内面の各透過部Ｄｔを除いた領域のうちの少なくとも各反射部Ｄｒに対応する領域に、ギャップ調整層２１をそれぞれ配設し、これらギャップ調整層２１を覆って、前側透明基板１１内面の略全域にわたりカラーフィルタ層２２を積層したものである。
【００６９】
本例のギャップ調整層２１も、第１実施形態のギャップ調整層１８と同様に、アクリル樹脂等の透明有機材或いはＩＴＯ等の無機材の透明材料を用い、フォトリソグラフィー法等により、必要な範囲を覆う形状に容易に形成することができる。
【００７０】
カラーフィルタ層２２は各画素領域Ｄｐ１〜Ｄｐ３毎に所定の配列で設けられた色フィルタ要素２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂからなり、各色フィルタ要素２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂは、反射部Ｄｒの層厚ｔ１を透過部Ｄｔの層厚ｔ２よりも薄く形成してある。
【００７１】
すなわち、反射部Ｄｒに対応するフィルタ層厚ｔ１は、液晶表示素子ＬＤの前側から、例えば赤色フィルタ要素２２Ｒの反射部Ｄｒ対応する領域に入射し反射膜１５で反射されて再びその赤色フィルタ要素２２Ｒを透過して、つまり赤色フィルタ要素２２Ｒの反射部Ｄｒに対応する領域を往復透過して、出射する光Ｒａ等を、色純度及び強度が共に充分に高い着色光として出射させる厚さに設定されている。また、透過部Ｄｔに対応するフィルタ層厚ｔ２は、液晶表示素子ＬＤの後側から赤色フィルタ要素２２Ｒの反射部Ｄｒ対応する領域に入射して透過し、前側に出射する光Ｒｂ等を、色純度及び強度が共に充分に高い着色光として出射させる厚さに設定されている。この層厚構成は、他の緑色、青色の各色フィルタ要素２２Ｇ、２２Ｂについても同様に適用されている。
【００７２】
また、各色フィルタ要素２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂの反射部Ｄｒに対応する領域には、反射表示におけるホワイトポイントを改善するための透孔ｈ１〜ｈ３が、第１実施形態と同様に穿設されている。
【００７３】
カラーフィルタ層２２上には、対向電極１９と前配向膜２０が、所定の薄い膜厚で各透孔ｈ１〜ｈ３の内面を含むカラーフィルタ層２２の全表面に追従させて積層されている。
【００７４】
そして、各画素領域Ｄｐにおける反射部Ｄｒと透過部Ｄｔの各液晶層厚（ギャップ）ｄ１、ｄ２を、上述の第１実施形態と同様に高コントラストのカラー表示が得られるように最適設定してある。本例では、反射部Ｄｒの液晶層厚ｄ１を反射部Ｄｒの液晶層のΔｎ・ｄ１が透過光にλ／４の位相差を与える値とし、透過部Ｄｒの液晶層厚ｄ２をそのΔｎ・ｄ２が透過光にλ／２の位相差を与える値としてある
【００７５】
ここで、前述した各ギャップ調整層２１の層厚は、上記カラーフィルタ層２２の反射部Ｄｒと透過部Ｄｔのそれぞれで充分に高い色純度と光強度を得ることができるように各層厚ｔ１、ｔ２設定した場合に、λ／２の位相差を与えるように設定された透過部Ｄｔの液晶層厚ｄ２に対して反射部Ｄｒの液晶層厚ｄ１がλ／４の位相差を与える値となるように、設定されている。
【００７６】
このように構成された本例の液晶表示装置においては、第１実施形態の液晶表示装置と略同じ動作により、反射表示と透過表示の両方において、色純度及び光強度が充分に高く且つ高コントラストの良好なカラー表示品質が得られる。この場合、カラーフィルタ層厚を反射部Ｄｒと透過部Ｄｔとで一定に形成した第１実施形態と異なり、反射部Ｄｒと透過部Ｄｔのそれぞれにおいて個々に各カラーフィルタ層厚ｔ１、ｔ２を最適設定してあるから、反射表示と透過表示の両方でそれぞれ最大限に光強度と色純度の高い高度なカラー表示品質を得ることができる。
【００７７】
次いで、本発明の第３実施形態を図６に基づき説明する。
本例の液晶表示装置は、単純マトリクス方式の半透過反射カラー液晶表示装置であり、液晶層Ｌｃはツイスト配向角度が１８０°〜３６０°程度に大きいＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型液晶からなる。
【００７８】
前側透明基板１１の内面側にはストライプ状の複数の走査電極２３が平行に延在形成され、後側透明基板１２の内面には、ストライプ状の複数の信号電極２４が走査電極２３と直交する方向に平行に延在形成されている。従って、各電極２３、２４の対向部に形成される画素領域Ｄｐはマトリクス状に配置されている。
【００７９】
後側透明基板１２と信号電極２４の間には、第１実施形態と同じ材質の反射膜１５´が介設されている。この反射膜１５´は、信号電極２４の幅方向片側の所定の領域にわたり介設されており、画素領域Ｄｐにおける反射膜１５´が介設された一方の領域が反射部Ｄｒとなり、反射膜１５´が設けられていない他方の領域が透過部Ｄｔとなる。本例では、反射部Ｄｒが透過部Ｄｔよりも若干広くなるように反射膜１５´が形成されている。
【００８０】
前側透明基板１１の内面には、ギャップ調整層２５が、透過部Ｄｔを除いた領域のうちの反射部Ｄｒに対応する領域に配設されている。本例のギャップ調整層２５も、第１実施形態のギャップ調整層１８と同様に、アクリル樹脂等の透明有機材或いはＩＴＯ等の無機材の透明材料を用い、フォトリソグラフィー法等により、必要な範囲を覆う形状に容易に形成することができる。
【００８１】
ギャップ調整層２５を覆って、前側透明基板１１内面の略全域にわたりカラーフィルタ層２６が積層されている。カラーフィルタ層２６は、信号電極２４に対応させてストライプ状に形成された赤、緑、青の各色フィルタ要素２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂからなり、各色フィルタ要素２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは、反射部Ｄｒの層厚ｔ１を透過部Ｄｔの層厚ｔ２よりも薄く形成してある。
【００８２】
ここで、反射部Ｄｒに対応するフィルタ層厚ｔ１は、第２実施形態の場合と同様に、赤色フィルタ要素２６Ｒの反射部Ｄｒに対応する領域を往復透過して出射する外光Ｒａ等を、色純度及び強度が共に充分に高い着色光として出射させる厚さに設定されている。また、透過部Ｄｔに対応するフィルタ層厚ｔ２は、後側から赤色フィルタ要素２２Ｒの反射部Ｄｒ対応する領域に入射して透過し、前側に出射するバックライト光Ｒｂ等を、色純度及び強度が共に充分に高い着色光として出射させる厚さに設定されている。この層厚構成は、他の緑色、青色の各色フィルタ要素２６Ｇ、２６Ｂについても同様に適用されている。
【００８３】
また、各色フィルタ要素２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂの反射部Ｄｒに対応する領域には、反射表示におけるホワイトポイントを改善するための透孔ｈ１〜ｈ３が、第１乃至第２実施形態と同様に穿設されている。
【００８４】
カラーフィルタ層２６を覆って、本例では保護膜２７が積層されている。この保護膜２７は、各色フィルタ要素２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂに設けられている透孔ｈ１〜ｈ３を埋めて平坦な表面を得るために設置されている。この保護膜２７の平坦な表面には、前述した複数の走査電極２３が所定のピッチで平行に配設されている。そして、これら走査電極２３を覆って前配向膜２０が一様に積層されている。これにより、反射部Ｄｒと透過部Ｄｔを通して層厚ｄ´が略一定のＳＴＮ液晶層Ｌｃ´が得られる。
【００８５】
ここで、本例のＳＴＮ型液晶層Ｌｃ´の層厚ｄ´は、反射表示と透過表示の両方で可及的に高コントラストのカラー表示が得られるように最適設定されている。
【００８６】
すなわち、ＳＴＮ型液晶層Ｌｃ´は、これを透過する光に対して複屈折作用を及ぼし、入射光を楕円偏光にして出射させるから、液晶層厚を反射部Ｄｒと透過部Ｄｔとで個々に最適設定しても、前偏光板２に対してその透過軸や吸収軸に沿った直線偏光を入射させることは困難である。従って、本例では、反射部Ｄｒと透過部Ｄｔを通して液晶層厚ｄ´を略一定としてある。
【００８７】
そして、ＳＴＮ型液晶層Ｌｃ´の液晶層厚ｄ´に基づくΔｎ・ｄ´と両側の配向膜１６、２０の各配向処理方向及び前、後位相板４´、５´の各位相差値及びそれぞれの遅相軸等の光学軸の配置を、液晶層Ｌｃ´を出射した楕円偏光が前偏光板２に入射する際には偏光面がその透過軸或いは吸収軸に沿った直線偏光に可及的に近づくように、設定してある。
【００８８】
また本例のように、液晶層Ｌｃ´の層厚を一定とする場合は、走査電極２３を形成する表面、つまり本例では保護膜２７表面、に反射部Ｄｒと透過部Ｄｔとで段差をもたせなくてもよい。従って、薄膜状の走査電極２３を平坦な保護膜２７表面に容易に形成することができ、製品歩留まりが向上される。
【００８９】
そして、前述したギャップ調整層２５の層厚は、上記カラーフィルタ層２６の反射部Ｄｒと透過部Ｄｔのそれぞれで充分に高い色純度と光強度を得ることができるように各層厚ｔ１、ｔ２を設定した場合に、カラーフィルタ層２６の表面を平坦とし、且つ、反射部Ｄｒと透過部Ｄｔを通して略一定な液晶層厚ｄ´が反射表示と透過表示の両方で可及的に高コントラストのカラー表示が得られる厚さとなるように、設定されている。
【００９０】
なお、保護膜２７を省略し、カラーフィルタ層２６の平坦な表面に、走査電極２３を第２実施形態のように直接形成してもよい。
【００９１】
上述のように構成された本例の液晶表示装置によれば、外光Ｒａは往復反射表示光路において前位相差板４´と反射部Ｄｒの液晶層Ｌｃ´による複屈折作用を往路と復路でそれぞれ受け、内蔵バックライト光Ｒｂは透過表示光路において後位相差板５´と透過部Ｄｔの液晶層Ｌｃ´及び前位相差板４´による複屈折作用を受け、それぞれ、前偏光板２にその透過軸２ａまたは吸収軸（不図示）に沿った偏光面を有する直線偏光に近い楕円偏光となって入射する。その結果、反射表示と透過表示の両方において、液晶層Ｌｃ´のオン・オフに応じ前偏光板２から観察側（前側）に出射される光量の差つまり表示のコントラストを充分に大きく確保できる。よって、反射表示と透過表示の両方において、上述したようにコントラストが最大に高められるとともに、最適設定された反射部Ｄｒと透過部Ｄｔの各カラーフィルタ層厚ｔ１、ｔ２を介することにより色純度及び光強度が充分に高い、良好なカラー表示を得ることができる。
【００９２】
なお、本発明の液晶表示装置は上記第１乃至第３実施形態に限定されるものではない
【００９３】
例えば、液晶層は、ツイスト配向以外のホモジニアス配向の液晶層等、種々の配向の液晶層を用いることができる。
【００９４】
すなわち、外光による往復反射表示光路と内蔵バックライト光による透過表示光路のそれぞれにおいて、液晶層のオン・オフに応じ観察側（前側）に出射される光量の差つまり表示のコントラストが最大となる位相差が得られるように、前、後位相差板の位相差と遅相軸の配置、前、後偏光板の透過軸の配置、及び液晶層のツイスト角度と配向処理方向等の光学条件を最適設定すればよい。
【００９５】
また、上記実施形態では、各画素領域の略半分の領域を反射部とし残りの略半分の領域を透過部としたが、これら反射部と透過部は液晶表示装置の用途等に応じ任意の形状で任意の面積比に形成すればよく、或いは、反射部と透過部の一方または両方を一つの画素に複数形成してもよい。
【００９６】
更に、各実施形態のカラーフィルタ層やギャップ調整層は後側透明基板の内面に設けてもよい。
【００９７】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置によれば、１画素に反射部と透過部を設けた半透過反射式カラー液晶表示装置において、前側基板と後側基板との間で透過部を除いた領域のうちの少なくとも反射部に対応する領域に、カラーフィルタ層の厚さに応じて透過部の液晶層厚に対する反射部の液晶層厚を調整する液晶層厚調整層を設けたから、透過部と反射部のそれぞれにおいてカラーフィルタの厚さと液晶層厚を最適に設定でき、透過表示と反射表示の両方で色純度及び光強度が充分で且つコントラストの高い良好な表示品質を得ることができる。
【００９８】
本発明の液晶表示装置においては、請求項２に記載のように、各画素において、反射部に対応するカラーフィルタ層の層厚が透過部に対応するカラーフィルタ層の層厚よりも薄く、且つ、反射部の液晶層厚ｄ１が透過部の液晶層厚ｄ２よりも小さくなるように、液晶層厚調整層の層厚を設定することにより、反射部と透過部の両領域において、カラーフィルタの厚さと液晶層厚の双方を最適に設定することができ、透過表示と反射表示の両方で色純度及び光強度が共に充分に高く且つコントラストも充分に高い極めて良好な表示品質を得ることができる。
【００９９】
また、請求項３に記載のように、各画素において、反射部に対応するカラーフィルタ層の層厚と透過部に対応するカラーフィルタ層の層厚とを等しくし、且つ、反射部の液晶層厚ｄ１が透過部の液晶層厚ｄ２よりも薄くなるように、液晶層厚調整層の層厚を設定することにより、透過表示と反射表示の両方で必要な光強度と色純度が確保されると共にコントラストが充分に高い良好なカラー表示が得られ、且つ製造が容易な半透過反射式カラー液晶表示装置を提供することができる。
【０１００】
更に、液晶層厚を反射部と透過部とで最適設定する場合は、請求項４に記載のように、反射部の液晶層の層厚ｄ１と屈折率異方性Δｎとの積Δｎｄ１が、対向電極間に実質的に電界が形成されていない無電界時において透過光に１／４波長の位相差を与える値に設定され、透過部の液晶層の層厚ｄ２と屈折率異方性Δｎとの積Δｎｄ２が、前記無電界時において透過光に１／２波長の位相差を与える値に設定され、前側偏光板及び後側偏光板前側と液晶層との各間に透過光に１／４波長の位相差を与える位相差板が各遅相軸を直交させてそれぞれ配置されるとともに、前側偏光板と後側偏光板が各透過軸を直交させて配置され、且つ、前側位相差板が無電界時の前記液晶層に対してそれぞれの位相差を打ち消し合うように配置されることより、反射表示と透過表示の双方において明表示時における出射光量をを最大とし暗表示時における光漏れを最小として表示コントラストを最大限に高めることが可能となる。
【０１０１】
さらに、請求項５に記載のように、各画素において、反射部に対応するカラーフィルタ層の層厚が前記透過部に対応するカラーフィルタ層の層厚よりも薄く、且つ、反射部の液晶層厚と前記透過部の液晶層厚とが共に層厚ｄで等しくなるように、液晶層厚調整層の層厚を設定することにより、透過表示と反射表示の両方で色純度及び光強度が充分に高く且つ必要なコントラストが確保された良好なカラー表示が得られると共に製造歩留まりの高い半透過反射式カラー液晶表示装置を提供できる。
【０１０２】
そして、この請求項５の構成は、請求項６に記載のように、単純マトリクス式のＳＴＮ型液晶表示装置に適用するのが最も効果的で、その場合、ＳＴＮ型液晶表示装置によっても透過表示と反射表示の両方で色純度及び光強度が充分に高く且つ必要なコントラストが確保された半透過反射式カラー表示を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての液晶表示装置を示す分解斜視図である。
【図２】上記第１実施形態の要部構成を示す模式的断面図である。
【図３】上記第１実施形態の液晶表示装置における反射表示動作での偏光状態の変遷を示す説明図で、（ａ）はオフ時、（ｂ）はオン時を、それぞれ示している。
【図４】上記第１実施形態の液晶表示装置における透過表示動作での偏光状態の変遷を示す説明図で、（ａ）はオフ時、（ｂ）はオン時を、それぞれ示している。
【図５】本発明の第２実施形態としての液晶表示装置の要部構成を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態としての液晶表示装置の要部構成を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１…液晶セル
２…前偏光板
３…後偏光板
４、４´…前位相差板
５、５´…後位相差板
６…散乱反射板
１１…前側透明基板
１２…後側透明基板
１３…画素電極
１４…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１５、１５´…反射膜
１６…後配向膜
１７、２２、２６…カラーフィルタ層
１８、２１、２５…ギャップ調整層
１９…対向電極
２０…前配向膜
２３…走査電極
２４…信号電極
ＬＤ …液晶表示素子
Ｌｃ、Ｌｃ´…液晶層
Ｄｐ、Ｄｐ１、Ｄｐ２、Ｄｐ３…画素領域
Ｄｒ …反射部
Ｄｔ …透過部

Claims

表示を観察する側である前側の基板とこの前側基板に対向配置された後側基板との間に液晶層が設けられ、前記前側基板と後側基板の対向する内面の一方に少なくとも一つの電極が、他方に前記少なくとも一つの電極に対向させて複数の画素を形成するための複数の電極が、それぞれ設けられるとともに、前記液晶層よりも後側で各画素毎の予め定めた一方の領域を除いた他方の領域に反射膜が、前記前側基板と前記後側基板の何れかの内面に前記各画素に対応させてカラーフィルタ層が、それぞれ設けられて成り、前記各画素毎に、前記反射膜が設けられた他方の領域により前側から入射した光を前記反射膜で反射して前側に出射させる反射部と、前記反射膜が設けられていない一方の領域により後側から入射した光を透過させて前側に出射させる透過部とが形成された液晶素子と、
前記液晶素子の前側と後側とにそれぞれ配置された前側偏光板と後側偏光板と、
前記後側偏光板の後側に配置されたバックライトとを、
備えた液晶表示装置であって、
前記前側基板と前記後側基板との間で前記透過部を除いた領域のうちの少なくとも前記反射部に対応する領域に、前記カラーフィルタ層の厚さに応じて前記透過部の液晶層厚に対する前記反射部の液晶層厚を調整する液晶層厚調整層を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
前記各画素において、前記反射部に対応するカラーフィルタ層の層厚が前記透過部に対応するカラーフィルタ層の層厚よりも薄く、且つ、前記反射部の液晶層厚ｄ１が前記透過部の液晶層厚ｄ２よりも小さくなるように、前記液晶層厚調整層の層厚が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記各画素において、前記反射部に対応するカラーフィルタ層の層厚と前記透過部に対応するカラーフィルタ層の層厚とが等しく、且つ、前記反射部の液晶層厚ｄ１が前記透過部の液晶層厚ｄ２よりも薄くなるように、前記液晶層厚調整層の層厚が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記反射部の液晶層の層厚ｄ１と屈折率異方性Δｎとの積Δｎｄ１が、対向電極間に実質的に電界が形成されていない無電界時において透過光に１／４波長の位相差を与える値に設定され、前記透過部の液晶層の層厚ｄ２と屈折率異方性Δｎとの積Δｎｄ２が、前記無電界時において透過光に１／２波長の位相差を与える値に設定され、前記前側偏光板及び前記後側偏光板と前記液晶層との各間に透過光に１／４波長の位相差を与える位相差板が各遅相軸を互いに直交させてそれぞれ配置されるとともに、前記前側偏光板と前記後側偏光板が各透過軸を互いに直交させて配置され、且つ、前記前側位相差板が無電界時の前記液晶層に対してそれぞれの位相差を相殺し合うように配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
前記各画素において、前記反射部に対応するカラーフィルタ層の層厚が前記透過部に対応するカラーフィルタ層の層厚よりも薄く、且つ、前記反射部の液晶層厚と前記透過部の液晶層厚とが共に層厚ｄで等しくなるように、前記液晶層厚調整層の層厚が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置
前記液晶表示装置は単純マトリクス方式のＳＴＮ型液晶表示装置であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。