JP2728059B2

JP2728059B2 - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2728059B2
Application number: JP7286738A
Authority: JP
Inventors: 研住吉; 成嘉鈴木
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: US5721600A; GB2306016A; TW334524B; JPH09105932A; GB2306016B; GB9620742D0

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、特に反射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】低消費電力という特徴を備えた、バック
ライトを必要としない反射型液晶表示装置が各所で盛ん
に開発されている。このような反射型液晶表示装置の従
来技術として、例えば特開平６−３３７４２１号公報や
特開平３−２２３７１５号公報等を挙げることができ
る。

【０００３】これらの従来技術は、いずれも液晶の複屈
折量を印加電圧によって制御するものである。液晶は長
軸を持つ分子であり、図６に示すように、液晶分子13
は、一般的に、基板面外の角度（チルト角）11と基板面
内の角度（ツイスト角）12によって方向が指定できる。

【０００４】以下では、従来の反射型液晶の代表例とし
て、文献（J.Glueckその他、“Fast-switching reflect
ive HAN-mode light valves with high pixel density
forcolour TV projection（ファスト−スイッチング
レフレクチブＨＡＮ−モードライトバルブズウ
ィズハイピクセルデンシティフォカラーＴＶ
プロジェクション）”、Displays（ディスプレイ）、
Volume（第１６巻）Number 1、第３９頁、１９９５年）
を例にとって説明する。

【０００５】これは投射型反射液晶表示であるが、直視
型にも十分適用することができる。上記従来例において
は、液晶層としてＨＡＮモードと呼ばれるものを用い
る。ＨＡＮモードにおいては、図７に示すように、一方
の基板上では液晶分子は垂直配向しており、他方の基板
上で液晶分子は水平配向している。

【０００６】従って、液晶分子のチルト角度は、液晶層
３の厚さ方向に対して、概ね９０度から概ね０度まで変
化している。

【０００７】一方、ツイスト角は液晶層３の厚さ方向に
対して一定であり、液晶分子長軸は基板面内で一定方位
を向いている。以上のような液晶層３が、図７に示すよ
うに、偏光板１と反射板４で挟持されている。但し、偏
光板１の偏光透過軸と液晶層３のツイスト角方位は４５
度をなすように配置されている。

【０００８】以上のような構成の液晶表示装置に、外光
が垂直に入射した場合の光学特性を説明する。

【０００９】偏光板１を通過した外光は直線偏光とな
り、液晶層３に入射する。もし、液晶層３の有する複屈
折量が４分の１波長程度であれば、反射板４直前の光の
偏光状態は円偏光（左円偏光あるいは右円偏光）とな
る。

【００１０】この円偏光は、反射板４上で反射すること
によって逆向きの円偏光となる（左円偏光は右円偏光
に、あるいは右円偏光は左円偏光になる）。

【００１１】この逆向きの円偏光が再び液晶層３を通過
すれば、液晶層３の出射時点で入射時点の直線偏光方向
と直交する方位の直線偏光となる。この直交した直線偏
光は偏光板１を通過できず、暗表示状態が得られる。

【００１２】一方、液晶層３に電圧を印加すれば複屈折
量が低下し、反射板４直前では円偏光ではなくなり、偏
光板１を光が通過できるようになる。これが明状態に対
応する。

【００１３】このように、液晶層の複屈折量を電圧で制
御することにより、明暗表示を得ることができる。以上
の説明ではＨＡＮモードを用いた。しかし、複屈折量を
制御できるものであればよく、例えば４５度のツイスト
角を有するツイステッドネマチックモードやホメオトロ
ピックモード、ホモジニアスモードでも同様の説明を行
うことができる。

【００１４】また、図８に示すように、ＨＡＮモードの
液晶層３に加えて、新たに４分の１波長板14を加えるこ
とも可能である。

【００１５】この場合、電圧を印加して液晶層３の複屈
折量を概ね０としたとき、４分の１波長板14が入射直線
偏光を円偏光とする。このとき、前記した説明と同様
に、暗状態が得られる。

【００１６】そして、電圧を減じ液晶層の複屈折量を変
化させると明状態を得ることが可能である。最大の明表
示は液晶層３の複屈折量が４分の１波長のときである。
このとき、液晶層３と４分の１波長板14の合計の複屈折
量は半波長となる。

【００１７】また、反射板４直前の偏光状態は、入射時
の直線偏光方位と直交した方位の直線偏光状態となる。

【００１８】直線偏光状態が反射板４で反射した場合、
直線偏光のまま反射する。この直線偏光は、再び半波長
分の複屈折を経験し、再び直交した偏光方位となり、偏
光板１を通過する。

【００１９】従って、ＨＡＮモードの液晶層３単体とそ
れに４分の１波長板14を付加した場合には、電圧印加時
の明暗が逆転することが判る。以上のような４分の１波
長による電圧−反射率関係の逆転は他の液晶モードでも
可能である。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の反射型液晶表示装置は以下のような問題点を有
している。

【００２１】従来の反射型液晶表示装置の第１の問題点
を、図９を参照して説明する。室内光あるいは室外光を
利用するとき、通常入射光が斜めから入射することが多
い。このため、実際の光線経路は、図９に示すようなも
のとなる。

【００２２】ところが、液晶層３の複屈折量は角度依存
性を有している。従って、暗表示を得るために垂直入射
時に４分の１波長程度の複屈折量を持つように設計して
も、実際の使用時には４分の１波長程度にはならない。

【００２３】このため、反射板４直前での偏光状態は円
偏光状態とはならず、完全な暗表示を得ることができな
い。この状況は、図８に示す例において、明表示を得る
ために液晶の複屈折量を制御した場合も同様である。す
なわち、垂直入射時において、出射光が偏光透過軸方位
の直線偏光となるように設計しても、斜め出射時には楕
円偏光状態となる。このため、明るい明表示を得ること
ができない。

【００２４】従来の反射型液晶表示装置の第２の問題点
は、明暗表示が着色することである。

【００２５】すなわち、ある波長で４分の１波長程度の
複屈折量を持つように調整し、暗状態にしても、他の波
長では４分の１波長程度の複屈折量とならない。このた
め、図７を参照して説明した暗状態は波長依存性を有す
ることになり、従って完全な黒表示を得ることができな
い。

【００２６】この状況は、図８に示す、明表示について
も同様であり、このため着色した白表示状態が得られ
る。

【００２７】従来の反射型液晶表示装置の第３の問題点
は、拡散光を発生する反射板４によって引き起こされ
る。一般に、反射板４として、鏡面の反射を用いること
はない。

【００２８】その理由は、もし、鏡面の反射板を用いた
場合には、明表示状態で光源の像が見えてしまうためで
ある。

【００２９】すなわち、使用者が外部の蛍光灯を光源と
して表示画面を見た場合、蛍光灯の形がそのまま表示画
面に映り込むことになる。また、角度によっては、蛍光
灯からの光が使用者の顔で反射した後に液晶表示画面に
入射するため、鏡で自分の顔を見たような状況となる。

【００３０】以上のような映り込みを避けるため、鏡面
ではなく表面を少し荒らした拡散板を用いることが必要
とされている。

【００３１】反射板４として拡散板が用いられる場合、
図１０に示すように、入射角と反射角が等しくない反射
光が表示に使われる。従って、偏光板１から反射板４へ
入射する場合の複屈折量と反射板４から偏光板１へ反射
する場合の複屈折量が等しくなくなる。

【００３２】このため、たとえ、入射の経路の複屈折量
を４分の１波長程度に調整したとしても、反射の経路で
はこの関係は成立せず、図７で説明したような逆向きの
円偏光を直線偏光に戻すことができない。従って、暗表
示を得ることができない。また、同様に、図８で説明し
たような往復経路における半波長条件が満たされず、明
るい明表示を得ることができない。

【００３３】従って、本発明は上記従来技術の問題点を
解消し、明るい明表示と良好な視角特性を有する反射型
液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、偏光板、液晶層、補償層、及び反射層の
積層、又は偏光板、補償層、液晶層、及び反射層の積層
からなり、液晶層と反射層が以下の関係を満たす液晶表
示装置を提供する。

【００３５】すなわち、液晶層の屈折率異方性と補償層
の屈折率異方性とが互いに逆符号であり、電圧無印加時
あるいは任意の電圧印加時の液晶層を、液晶分子長軸の
方位を略一定方向とみなせるＮ層（Ｎは正整数）に厚さ
方向にスライスし、最下層より最上層に向かって第１
層、第２層、…、第Ｎ層と採番し、第ｌ層の液晶分子長
軸の向きをチルト角θ１，ｌとツイスト角φ１，ｌ（但
し、ｌ＝１，…，Ｎ）とする。

【００３６】また、補償層もＮ個の層からなり、最下層
より最上層に向かって第１層、第２層、…、第Ｎ層と採
番し、各層内で光学軸方位が略一定として第ｌ層での光
学軸方位を表すチルト角θ２，ｌ及びツイスト角φ２，
ｌ（但し、ｌ＝１，…，Ｎ）とする。このとき、液晶層
の第ｌ層と補償層の第Ｎ−ｌ＋１層との間に、概ね θ１，ｌ＝θ２，Ｎ−ｌ＋１ φ１，ｌ＝φ２，Ｎ−ｌ＋１の関係が成立する。

【００３７】また、本発明は、偏光板、上補償層、液晶
層、下補償層、反射層の積層からなり、上補償層と液晶
層とした補償層が以下の関係を満たす液晶表示装置を提
供する。

【００３８】すなわち、液晶層の屈折率異方性と上補償
層及び下補償層の屈折率異方性とが互いに逆符号であ
り、上補償層をＭ個の薄層に、液晶層を（Ｎ＋Ｍ）個の
薄層に、下補償層をｎ個の薄層に厚さ方向にスライス
し、各層内で光学軸方位が略一定方位であるとする（但
し、Ｎ及びＭは正整数）。さらに、上補償層、電圧無印
加時あるいは任意の電圧印加時の液晶層、下補償層の各
薄層内の光学軸のチルト角及びツイスト角を、それぞれ
θ１，ｌ、φ１，ｌ、θ２，ｊ、φ２，ｊ、θ３，ｋ、
φ３，ｋ（但し、ｌ＝１，…，Ｍ、ｊ＝１，…，Ｎ＋
Ｍ、ｋ＝１，…，Ｎ）とすると、概ね θ１，ｌ＝θ２，Ｍ＋Ｎ−１（ｉ＝１，…，Ｍ） θ１，ｌ＝θ２，Ｍ＋Ｎ−１（ｉ＝１，…，Ｍ） θ３，ｌ＝θ２，Ｎ−１＋ｌ（ｉ＝１，…，Ｎ） φ３，ｌ＝φ２，Ｎ−１＋ｌ（ｉ＝１，…，Ｎ）の関係が成立する。

【００３９】さらに、本発明においては、上補償層ある
いは下補償層のいずれかを省略した構成としてもよい。

【００４０】また、本発明の液晶表示装置においては、
請求項１のＮ層から構成される補償層においてツイスト
角の規定を、 φ２，Ｎ−１＋ｌ＝０と置き換えてもよい。

【００４１】本発明（請求項５）は、請求項２のＭ層か
ら構成される上補償層とＮ層から構成される下補償層に
おいて、各々のツイスト角の規定を φ１，ｌ＝０（但し、ｌ＝１，…，Ｍ） φ３，ｊ＝０（但し、ｊ＝１，…，Ｎ）と置き換えたことを特徴とする液晶表示装置を提供す
る。

【００４２】本発明は、上記請求項５において、上補償
層あるいは下補償層のいずれかを省略した構成としても
よい。

【００４３】本発明は、請求項４の補償層のチルト角変
化θ２，１、θ２，２、…、θ２，Ｎをθ２，１、θ
２，２、…、θ２，Ｐ（但し、０＜Ｐ＜Ｎ）で代表させ
たことを特徴とする。

【００４４】さらに、本発明は、請求項５の、上補償層
のチルト角変化θ１，１、θ１，２、…、θ１，Ｍをθ
１，１、θ１，２、…、θ１，Ｐ（但し、０＜Ｐ＜Ｍ）
で、下補償層のチルト角変化θ３，１、θ３，２、…、
θ３，Ｎをθ３，１、θ３，２、…、θ３，Ｑ（但し、
０＜Ｑ＜Ｎ）で代表させたことを特徴とする液晶表示装
置である。

【００４５】そして、本発明は、液晶層が、電圧印加時
あるいは無印加時に複数の配向が異なる領域に分割され
ていることを特徴とする。

【００４６】また、本発明は（請求項１０参照）、液晶
層としてホメオトロピックモードを用いたことを特徴と
する。

【００４７】本発明（請求項１１参照）は、液晶層とし
て概ね４５度ツイストしたツイステッドネマチックモー
ドを用いたことを特徴とする。

【００４８】本発明（請求項１２参照）は、液晶層とし
てＨＡＮモードを用いたことを特徴とする。

【００４９】本発明（請求項１３参照）は、液晶層とし
て超ねじれツイステッドネマチックモードを用いたこと
を特徴とする。

【００５０】本発明（請求項１４参照）は、液晶層とし
てホモジニアス配向と概ね３６０度ツイストした二準安
定状態を有し、電圧無印加時に１８０度ツイスト状態で
ある双安定性モード用いたことを特徴とする。

【００５１】本発明（請求項１５参照）は、液晶層とし
て強誘電性液晶を用いたことを特徴とする。

【００５２】本発明（請求項１６参照）は、液晶層中の
二色性色素あるいは色素を混入したことを特徴とする。

【００５３】本発明（請求項１７参照）は、４分の１波
長板を付加したことを特徴とする。

【００５４】

【作用】請求項１記載の本発明を、図１を参照して以下
に説明する。

【００５５】本発明は、偏光板１、補償層２、液晶層
３、及び反射板４の積層構造からなる。この積層構造は
偏光板１、液晶層３、補償層２、及び反射板４の積層構
造でも同等の効果を有する。

【００５６】はじめに、液晶層３及び補償層２の光学軸
の方位について説明する。液晶層３内では、厚さ方向に
液晶分子長軸の向きが変化している。既に説明したよう
に、この向きはチルト角と、ツイスト角によって指定す
ることができる。

【００５７】もし、液晶層３を十分薄くスライスして考
えた場合には、各スライスした層内で、液晶分子長軸の
方位はほぼ一定方向とみなすことができる。

【００５８】以下では、液晶層３をＮ層にスライスして
説明する（但し、Ｎは所定の正整数である）。

【００５９】そして、最下層より最上層に向かって、第
１層、第２層、…、第Ｎ層と採番する。第ｌ層の液晶分
子長軸の向きはチルト角θ１，ｌとツイスト角φ１，ｌ
で特徴づけることができる（但し、ｌ＝１，…，Ｎ）。

【００６０】一方、補償層２も、図１に示すように、Ｎ
個の層からなり、最下層より採番し、各層内で光学軸方
位がほぼ一定として、第ｌ層での光学軸方位を表すチル
ト角θ２，ｌ及びツイスト角φ２，ｌで特徴づけること
ができる（但し、ｌ＝１，…，Ｎ）。

【００６１】そして、液晶層３の第ｌ層と補償層２の第
Ｎ−ｌ＋１層の間に次式(1-a)、(1-b)の関係が存在す
る。

【００６２】θ１，ｌ＝θ２，Ｎ−ｌ＋１ …(1-a) φ１，ｌ＝φ２，Ｎ−ｌ＋１ …(1-b)

【００６３】すなわち、図１に示すスライスした液晶層
３とスライスした補償層２の組合せの第１組、第２組、
…、第３組の組合せにおいて、光学軸方位が平行であ
る。

【００６４】また、液晶層３の屈折率異方性（ΔｎＡ）
と補償層２の屈折異方性（ΔｎＢ）とは互いに逆符号で
ある。すなわち、もし液晶層３の屈折率異方性が正であ
るならば、補償層２の屈折異方性は負である。以下、こ
の場合について説明するが、各層の符号が逆であっても
同様の説明は成立する。

【００６５】以下では、図１に示した組合せ（光学軸が
平行であり、屈折率異方性が逆符号である２つの層の組
合せ）の光学的性質について、図２を参照して説明す
る。

【００６６】図２では、Ａ層６が屈折率異方性（Δｎ
Ａ）が正の層（液晶層３）を、Ｂ層５が屈折率異方性
（ΔｎＢ）が負の層（補償層２）を表している。そし
て、Ａ層６の厚さをｄＡとし、Ｂ層５の厚さをｄＢとす
る。

【００６７】以上のような２層に垂直に光が上方から入
射した場合について説明する（図２の入射方位ａの場合
に相当する）。

【００６８】層の厚さ方向をｚ方向とする。そして、光
学軸のツイスト角方位をｘ方向とし、それに直交した方
位をｙ方向とする。各層内では、ｘ及びｙ方向で屈折率
が異なり、位相速度に差が生じる。特に、Ａ層６内では
屈折率異方性が正であるため、ｘ方向の屈折率が大きく
遅相軸となり、ｙ方向は進相軸となる。

【００６９】入射光の偏光状態を任意の楕円偏光である
とした場合、Ａ層６では、ｘ方向の偏光とｙ方向の偏光
に別れて進行する。この結果、Ａ層６は入射楕円偏光を
別の楕円偏光に変形する。この楕円偏光の変形は、概ね
Ａ層６の屈折率異方性とＡ層６の厚さの積（ΔｎＡ・ｄ
Ａ）によって決まる。

【００７０】一方、Ｂ層５内では屈折率異方性が負であ
り、ｘ方向が進相軸となり、それにｙ方向は進相軸とな
る。従って、Ｂ層５の屈折率異方性とＢ層５の厚さの積
の絶対値（｜ΔｎＢ・ｄＢ｜）がΔｎＡ・ｄＡと同じで
あるなら、Ｂ層５によって、前記の楕円偏光は元の入射
時の楕円偏光に戻る。結局、入射楕円偏光は、Ａ層６で
別の楕円偏光となるが、Ｂ層５で再び元の楕円偏光に戻
る。

【００７１】以上の説明は垂直入射時の場合であるが、
斜め入射時でも成立する。

【００７２】図２の入射方位ｂの場合、Ａ層６のΔｎＡ
は大きくなる。一方、Ｂ層５の屈折率異方性の絶対値
（｜ΔｎＢ｜）も同様に大きくなる。両層の光学軸が平
行な場合には、ΔｎＡと｜ΔｎＢ｜の増加の仕方も同じ
である。

【００７３】このため、入射楕円偏光がＡ層６で楕円偏
光となり、Ｂ層５で再び元の楕円偏光に戻る過程は、入
射方位ｂでも成立する。

【００７４】入射方位がｃ方位に傾いた場合には、Ａ層
６のΔｎＡは減少し、Ｂ層５の｜ΔｎＢ｜も同様に減少
する。両者の減少の仕方は同一であるので、入射楕円偏
光がＡ層６で楕円偏光となりＢ層５で再び元の楕円偏光
に戻る過程は、やはり成立する。以上のように斜め入射
時においても、入射楕円偏光はＡ層６で別の楕円偏光と
なり、Ｂ層５で再び元の楕円偏光に戻ることが判る。

【００７５】再び図１を参照して、本発明について説明
する。

【００７６】はじめに垂直入射時の光学特性について説
明する。垂直入射時の各層通過後の偏光状態をＰｌと表
記する（ここで、ｌ＝０，…である）。

【００７７】偏光板１を通過し直線偏光状態（Ｐ０）と
なった入射光は、補償層２の各層を通過し、偏光状態を
Ｐ１，Ｐ２，…，と変えながら、液晶層３を通過した直
後には偏光状態ＰＮとなっている。

【００７８】この後、液晶層３の第Ｎ層に入射し、第Ｎ
−１層に入射する直前では、偏光状態はＰＮ＋１となっ
ている。実は、この偏光状態ＰＮ＋１は偏光状態ＰＮ−
１と同一状態である。これは、補償層２の第１層と液晶
層３の第Ｎ層が、図２に示す関係（上式(1)参照）を満
足しているためである。

【００７９】さらに、偏光状態ＰＮ＋２と偏光状態ＰＮ
−２は同一状態である。これは、補償層の第２層と液晶
層の第Ｎ−１層が、同様に図２に示すような関係を満た
しているためである。

【００８０】図１に示す液晶層３と偏光板１の各スライ
ス層の各組合せに、以上の関係を適用していけば、最終
的には偏光状態Ｐ０と偏光状態Ｐ２Ｎが同一状態である
ことが判る。

【００８１】従って、入射直線偏光は補償層２で楕円偏
光となった後、液晶層３で元の直線偏光に戻る。

【００８２】また、反射板４で反射した後再び液晶層３
で楕円偏光となるが、補償層２で直線偏光に戻る。この
結果、明状態が得られることが判る。この明状態は、偏
光板１手前で直線偏光状態にあり、偏光板１による損失
がないために、非常に明るい明状態であることが判る。

【００８３】さらに、以上のような、直線偏光→楕円偏
光→直線偏光という過程は、すべての波長について成立
する。このため、前記の明状態は波長依存性がなく、完
全な白表示を得ることが可能である。

【００８４】また、前記した、直線偏光→（補償層２）
→楕円偏光→（液晶層３）→直線偏光→（反射板４）→
直線偏光→（液晶層３）→楕円偏光→（補償層２）→直
線偏光という全体過程は斜め入射時にも成立する。

【００８５】なぜならば、前記全体過程が、図２に示
す、楕円偏光→別の楕円偏光→楕円偏光、という要素過
程に基づいており、この要素過程が斜め入射時において
も成立するためである。

【００８６】従って、本発明によれば、広い入射角度範
囲で前記全体過程が成立し、明るい明状態を得ることが
できる。

【００８７】以上のような構成の、光学補償板と液晶層
の組合せは、透過型液晶表示装置の場合、例えば本発明
者らの一人により特開平７−１０４２８４号公報（特願
平５−２４７６６７号）において提示されている。

【００８８】しかし、透過型液晶表示装置に適用した場
合と比較すると、反射型液晶表示装置に適用した場合に
は別の効果が得られることが判る。

【００８９】第１の効果として、透過型液晶表示装置に
適用した場合には高コントラストを得ることができた
が、反射型に適用した場合には明るい着色のない白表示
状態が得られることである。

【００９０】第２の効果として、散乱型反射板を使用し
ても、前記第１の効果が得られることである。

【００９１】そこで、図３に示すように、入射角と反射
角が異なるような散乱型反射板の場合について説明す
る。

【００９２】この場合の往路（入射時）でも、直線偏光
→（補償層）→楕円偏光→（液晶層）→直線偏光とな
る。

【００９３】また、復路（反射時）でも、直線偏光→
（液晶層）→楕円偏光→（液晶層）→直線偏光となる。

【００９４】しかし、反射板４に入射する直前で必ず直
線偏光状態に戻ることから、往路と復路で受ける複屈折
量が同じである必要はない。このため、入射角と反射角
が異なる散乱型反射板でも、最終的な反射光が楕円偏光
状態になることなく、同様に明るい明表示を得ることが
できる。

【００９５】次に、請求項２記載の本発明について、図
４を参照して説明する。

【００９６】本発明においては、偏光板、上補償層、液
晶層、下補償層、反射層の積層からなる。

【００９７】図４に示すように、上補償層７をＭ個の薄
層に、液晶層３を（Ｎ＋Ｍ）個の薄層に、下補償層８を
Ｎ個の薄層にスライスし、各層内で光学軸方位が一定方
位であるとする（但し、Ｎ及びＭは正整数）。

【００９８】さらに、上補償層７、液晶層３、下補償層
８の各薄層内の光学軸のチルト角及びツイスト角を、そ
れぞれθ１，ｌ、φ１，ｌ、θ２，ｊ、φ２，ｊ、θ
３，ｋ、φ３，ｋとする（但し、ｌ＝１，…，Ｍ、ｊ＝
１，…，Ｎ＋Ｍ、ｋ＝１，…，Ｎ）。そして、本発明に
おいては、これらについて以下の関係が成立している。

【００９９】 θ1，l＝θ2，M+N-1 （l＝1，…，M）…(2-a) φ1，l＝θ2，M+N-1 （l＝1，…，M）…(2-b) θ3，l＝θ2，N-1+l （l＝1，…，N）…(2-c) φ3，l＝φ2，N-1+l （l＝1，…，N）…(2-d)

【０１００】すなわち、図４に示した各組の薄層内の光
学軸は平行である。

【０１０１】また、上補償層７と下補償層８の各々の屈
折率異方性Δｎ１、Δｎ３と、液晶層の屈折率異方性Δ
ｎ２が逆符号である。

【０１０２】以上の構成における垂直入射時の光学特性
を図４を参照して説明する。

【０１０３】光の各偏光状態をＰ０，…，ＰＮ＋Ｍとす
る。偏光板１を通過直後の偏光状態Ｐ０は直線偏光状態
であり上補償層７を通過直後に偏光状態ＰＭとなってい
る。

【０１０４】液晶層３の第Ｍ＋Ｎ層を通過直後の偏光状
態ＰＭ＋１は、偏光状態ＰＭ−１と同一である。これ
は、既に説明した図２の要素過程が原因となっている。

【０１０５】以下、同様の議論を繰り返せば、偏光状態
ＰＮ＋１は偏光状態Ｐ０と同一であることがわかる。同
様の議論を繰り返すことによって、偏光状態Ｐ０と偏光
状態Ｐ２Ｍ＋２Ｎ＋２は同一状態であることが判る。

【０１０６】従って、全体として以下のような過程とな
る。

【０１０７】入射直線偏光は上補償層７によって楕円偏
光となり、液晶層３の上部で元の直線偏光に戻る。次に
液晶層３の下部で楕円偏光となり、下補償層８で元の直
線偏光に戻される。

【０１０８】次に、直線偏光は反射板４で直線偏光のま
ま反射し、同様の過程を経て、入射時の直線偏光と同一
の状態で最終的に反射される。

【０１０９】以上の過程は図２の要素過程によって成立
している。従って、本発明の構成によっても、前記し
た、請求項１記載の本発明と同等の効果を得ることがで
きる。

【０１１０】また、請求項３に記載されるように、本発
明においては、上補償層あるいは下補償層を省略しても
効果は得られる。これは、最終的に反射される反射光
が、液晶層３単体の場合よりも、元の直線偏光状態に近
づくためである。

【０１１１】また、請求項４から６に記載されるよう
に、各補償層のツイスト角方位を無視しても十分な効果
を得ることができる。特に液晶層内のチルト角が大きい
場合には、液晶層内のツイスト角方位は意味がなくな
る。

【０１１２】端的な例は、液晶層内のチルト角が９０度
の場合であり、このとき液晶層内のツイスト角方位は意
味がなくなる。しかし、例えば液晶内のチルト角が８０
度程度であっても、液晶分子長軸の基板面への射影は非
常に小さい。このため、液晶層内のツイスト角方位は無
視することができる。このとき、補償層のツイスト角方
位も無視しても、十分な効果を得ることができる。

【０１１３】また、請求項７に記載の発明は、請求項４
に記載の発明における補償層のチルト角変化θ２，１、
θ２，２、…、θ２，Ｎを、θ２，１、θ２，２、…、
θ２，Ｐ（但し、０＜Ｐ＜Ｎ）で代表させたことを特徴
とする。

【０１１４】この補償層のチルト角変化を所定の代表値
で代表させる方法として、例えば相加平均をとることが
可能である。また、請求項４に記載の発明における補償
層と同等の複屈折を有するように設計することが可能で
ある。以上のようにして、Ｎ層の補償板をより単純な構
造のＰ層の補償板で近似することが可能である。この場
合でも、十分な効果を得ることが可能である。

【０１１５】次に、請求項８記載の発明は、請求項５に
記載の発明における上補償層のチルト角変化θ１，１、
θ１，２、…、θ１，Ｍをθ１，１、θ１，２、…、θ
１，Ｐ（但し、０＜Ｐ＜Ｍ）で、下補償層のチルト角変
化θ３，１、θ３，２、…、θ３，Ｎをθ３，１、θ
３，２、…、θ３，Ｑ（但し、０＜Ｑ＜Ｎ）で代表させ
たことを特徴とする液晶表示装置である。この代表の方
法として、例えば相加平均を取ることが可能である。ま
た、請求項５に記載の補償層と同等の複屈折を有するよ
うに設計することが可能である。以上のようにして、Ｎ
層及びＭ層の補償板をより単純な構造のＰ層あるいはＱ
層の補償板で近似することが可能である。この場合で
も、十分な効果を得ることが可能である。

【０１１６】また、透過型においては視角依存性を改善
するため複数の配向が異なる領域を配置することが広く
行われている。これは、複数の配向方向を設け視角依存
性を平均化することが目的である。

【０１１７】この場合、２つの方法が考えられる。その
一つは、電圧無印加時に単一配向領域とみなすことがで
き、電圧印加時に複数の配向が異なる領域に分割される
場合である。この例は、文献（“スリーディメンショナ
ルシミュレーションオブマルチ−ドメインホメオ
トロピックリキッドクリスタルセルズ”、リエン、
ＪＪＡＰ、３３巻、第６２４０−６２４４頁、１９９４
年）において記載されている。

【０１１８】他方は、逆に電圧無印加時に複数の配向が
異なる領域であり、電圧印加時に単一配向領域とみなせ
る場合も存在する。この例は例えば特開平５−２１００
９９号公報等に記載されている。

【０１１９】以上の場合、補償層の光学軸配置を単一配
向領域に適合するように、請求項１から請求項６のいず
れか一に記載の本発明に従って設計することができる。
以上のような構成のとき、単一配向領域を有する状態で
は明状態であり、請求項１から請求項６の本発明の効果
を得ることができる。

【０１２０】従って、複数の配向が異なる領域を有する
状態では暗状態であり、このときには視角依存性を平均
化した効果を得ることができる。この結果、明るい明状
態と視角依存性の穏やかな暗状態を達成することができ
る。

【０１２１】また、補償層の光学軸配置を前記複数の配
向が異なる領域に適合させることも可能である。

【０１２２】この場合には、補償層を液晶層の領域に対
応させて複数の領域に分割させる必要がある。このとき
には、明状態は、請求項１から請求項６のいずれか一に
記載の発明の効果と視角依存性の平均化効果により、よ
り高い視認性を得ることが可能である。以上が、請求項
９記載の発明の作用である。

【０１２３】以上の説明では、特定の液晶表示モードを
挙げてはいない。これは、請求項１から請求項９に記載
の本発明は任意の液晶表示モードに適用できるためであ
る。

【０１２４】従って、例えば特に反射型液晶に広く用い
られている各モード、例えば(1)特開平６−３３７４２
１号公報に記載のホメオトロピックモード、(2)特開昭
５５−７０８１７号公報に記載の４５度ツイステッドネ
マチックモード、(3)特開平６−３０８４８２号公報に
記載のホモジニアスモード、(4)特開平６−３３７４２
１号公報に記載のベンド配向、あるいは(5)特開平６−
３０８４７９号公報に記載の超ねじれネマチックモー
ド、あるいは(6)文献（１９９５年春期第４２回応用物
理学関係連合講演会講演予稿集、Ｎｏ．３、第１１４３
頁）に述べられているＨＡＮモード、あるいは(7)特開
昭６２−６２２５号公報に記載の強誘電性液晶を用いた
表示モード、あるいは(8)特開平６−２３５９２０号公
報に記載のホモジニアス配向と３６０度ツイストした配
向を準安定状態とする双安定性モード、に適用すること
が可能である。

【０１２５】さらに、暗状態の反射率を抑制するために
二色性色素を混入すれば、請求項１から請求項８記載の
本発明の効果に加えて、より暗い暗状態を得ることがで
きる。

【０１２６】また、従来技術で述べたように４分の１波
長板を加えて、請求項１から請求項９記載の本発明の明
暗関係を逆転することもできる。

【０１２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して以下に説明する。

【０１２８】図５を参照して、本発明の一実施形態を説
明する。基板として、ガラス基板上にアモルファスシリ
コン薄膜トランジスタアレイを作成したもの（以下「Ｔ
ＦＴ基板９」という）を用いた。このアモルファスシリ
コン薄膜トランジスタアレイの画素サイズは２００μｍ
×５０μｍであり、表示を行う画素電極はクロム薄膜で
形成した。この画素電極が反射板４を兼ねる。

【０１２９】また、ＩＴＯ（酸化インディウム・酸化ス
ズ）薄膜からなる共通電極とクロム薄膜からなる遮光膜
を有する基板を対向基板として用いた。

【０１３０】ＴＦＴ基板９上には、ポリイミド薄膜（Ａ
Ｌ１０５１、日本合成ゴム製）を印刷塗布・焼成工程に
より形成し、ラビング処理を施した、ラビング処理方向
は、図５のＴＦＴ基板９の上の矢印で示すとおりであ
る。

【０１３１】一方、対向基板上には、垂直配向を引き起
こす配向膜（ＳＥ７５１１Ｌ、日産化学製）を印刷塗布
・焼成工程により形成した。

【０１３２】この後、５ミクロンのスペーサーを介し
て、両基板を張り合わせた。さらに、真空槽内において
ネマチック液晶（ＺＬＩ−４７９２、メルク社製）を両
基板の間隙に注入し、封孔した。

【０１３３】この後、対向基板表面に補償板を張り付け
た。この補償板は以下に述べる方法で作成したものであ
る。

【０１３４】フィルムの厚み方向の屈折率は面内の屈折
率よりも小さい位相差フィルム１０（住友化学社製、商
品名ＶＡＣ−６０、約１００μｍ厚）を１８０℃に加熱
した鉄板に挟みズリ応力を加えた。エリプソメーターを
用いて測定したところ、光学軸がフィルム平面の法線方
向に対して約２０°傾いていることが判った。この位相
差フィルム１０を、液晶パネル表面に張り付けた。

【０１３５】さらに、表示信号を供給するための集積回
路を接続し、表示操作をさせた。

【０１３６】この液晶表示装置に白色照明光を４５度方
位より入射させたとき、明表示時で最大反射率４５％を
得ることができた。

【０１３７】一方、位相差フィルム１０を取り去り、明
表示時の最大反射率を測定したところ３９％の値を得
た。

【０１３８】これより、本発明の一実施形態に係る液晶
表示装置を用いることにより従来より明るい反射型が得
られることが判明した。

【０１３９】

【発明の効果】本発明を用いることにより明るい反射型
液晶が得られる。また、視角特性も従来と比較して改善
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理・作用を説明するために断面を模
式的に示す図である。

【図２】本発明の原理・作用を説明するための図であ
る。

【図３】本発明の原理・作用を説明するために断面を模
式的に示す図である。

【図４】本発明の原理・作用を説明するために断面を模
式的に示す図である。

【図５】本発明の一実施形態を説明するために模式的に
示した分解斜視図である。

【図６】液晶分子のチルト角及びツイスト角を説明する
ための概念図である。

【図７】従来のＨＡＮモードを説明するための概念図で
ある。

【図８】従来のＨＡＮモードと４分の１波長板の組合せ
を説明するための概念図である。

【図９】従来のＨＡＮモードの視角依存性を説明するた
めの概念図である。

【図１０】粗面反射板を従来のＨＡＮモードに用いた場
合の概念図である。

【符号の説明】

１偏光板２補償層３液晶層４反射板５Ａ層６Ｂ層７上補償層８下補償層９ＴＦＴ基板１０位相差フィルム１１チルト角１２ツイスト角１３液晶分子１４４分の１波長板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｆ 1/137 ５００Ｇ０２Ｆ 1/137 ５００

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光板、液晶層、補償層、及び反射層の積
層、又は偏光板、補償層、液晶層、及び反射層の積層か
らなり、前記液晶層の屈折率異方性と前記補償層の屈折率異方性
とが互いに逆符号であり、電圧無印加時あるいは任意の電圧印加時の前記液晶層
を、液晶分子長軸の方位を略一定方向とみなせるＮ層
（Ｎは正整数）に厚さ方向にスライスし、最下層より最
上層に向かって第１層、第２層、…、第Ｎ層と採番し、
第ｌ層の液晶分子長軸の向きをチルト角θ１，ｌとツイ
スト角φ１，ｌ（但し、ｌ＝１，…，Ｎ）とし、前記補償層もＮ個の層からなり、最下層より最上層に向
かって第１層、第２層、…、第Ｎ層と採番し、各層内で
光学軸方位が略一定として第ｌ層での光学軸方位を表す
チルト角θ２，ｌ及びツイスト角φ２，ｌ（但し、ｌ＝
１，…，Ｎ）とした時に、前記液晶層の第ｌ層と前記補
償層の第Ｎ−ｌ＋１層との間に、概ね、 θ１，ｌ＝θ２，Ｎ−ｌ＋１ φ１，ｌ＝φ２，Ｎ−ｌ＋１の関係が成立してなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】偏光板、上補償層、液晶層、下補償層、及
び反射層の積層からなり、前記上補償層と前記液晶層と
前記下補償層が、前記液晶層の屈折率異方性と前記上補償層及び前記下補
償層の屈折率異方性とが互いに逆符号であり、前記上補償層をＭ個の薄層に、前記液晶層を（Ｎ＋Ｍ）
個の薄層に、前記下補償層をＮ個の薄層に厚さ方向にス
ライスし、各層内で光学軸方位が略一定方位であるもの
とし（但し、Ｎ及びＭは正整数）、さらに、前記上補償層、電圧無印加時あるいは任意の電
圧印加時の前記液晶層、前記下補償層の各薄層内の光学
軸のチルト角及びツイスト角を、それぞれθ１，ｌ、φ
１，ｌ、θ２，ｊ、φ２，ｊ、θ３，ｋ、φ３，ｋ（但
し、ｌ＝１，…，Ｍ、ｊ＝１，…，Ｎ＋Ｍ、ｋ＝１，
…，Ｎ）とすると、概ね、 θ１，ｌ＝θ２，Ｍ＋Ｎ−１（ｉ＝１，…，Ｍ） θ１，ｌ＝θ２，Ｍ＋Ｎ−１（ｉ＝１，…，Ｍ） θ３，ｌ＝θ２，Ｎ−１＋ｌ（ｉ＝１，…，Ｎ） φ３，ｌ＝φ２，Ｎ−１＋ｌ（ｉ＝１，…，Ｎ）の関係が成立してなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】前記上補償層又は前記下補償層のいずれか
を省略したことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装
置。
【請求項４】請求項１記載のＮ層から構成される前記補
償層において、ツイスト角の規定を、 φ２，Ｎ−１＋ｌ＝０と置き換えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】請求項２記載のＭ層から構成される前記上
補償層とＮ層から構成される前記下補償層において、各
々のツイスト角の規定を φ１，ｌ＝０（但し、ｌ＝１，…，Ｍ） φ３，ｊ＝０（但し、ｊ＝１，…，Ｎ）と置き換えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】前記上補償層あるいは前記下補償層のいず
れかを省略したことを特徴とする請求項５記載の液晶表
示装置。
【請求項７】請求項４記載の前記補償層のチルト角変化
θ２，１、θ２，２、…、θ２，Ｎをθ２，１、θ２，
２、…、θ２，Ｐ（但し、０＜Ｐ＜Ｎ）で代表させたこ
とを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】請求項５記載の、前記上補償層のチルト角
変化θ１，１、θ１，２、…、θ１，Ｍをθ１，１、θ
１，２、…、θ１，Ｐ（但し、０＜Ｐ＜Ｍ）で、前記下
補償層のチルト角変化θ３，１、θ３，２、…、θ３，
Ｎをθ３，１、θ３，２、…、θ３，Ｑ（但し、０＜Ｑ
＜Ｎ）で代表させたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】前記液晶層が、電圧印加時あるいは無印加
時に複数の配向が異なる領域に分割されていることを特
徴とする請求項１から請求項８のいずれか一に記載の液
晶表示装置。
【請求項１０】前記液晶層としてホメオトロピックモー
ドを用いたことを特徴とする請求項１から請求項８のい
ずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】前記液晶層として概ね４５度ツイストし
たツイステッドネマチックモードを用いたことを特徴と
する請求項１から請求項８のいずれか一に記載の液晶表
示装置。
【請求項１２】前記液晶層としてＨＡＮモードを用いた
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一に
記載の液晶表示装置。
【請求項１３】前記液晶層として超ねじれツイステッド
ネマチックモードを用いたことを特徴とする請求項１か
ら請求項８のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】前記液晶層としてホモジニアス配向と概
ね３６０度ツイストした二準安定状態を有し、電圧無印
加時に１８０度ツイスト状態である双安定性モード用い
たことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一
に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】前記液晶層として強誘電性液晶を用いた
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一に
記載の液晶表示装置。
【請求項１６】前記液晶層中の二色性色素あるいは色素
を混入したことを特徴とする請求項１から請求項８のい
ずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】４分の１波長板を付加したことを特徴と
する請求項１から請求項８のいずれか一に記載の液晶表
示装置。