JP3015792B1

JP3015792B1 - 表示素子

Info

Publication number: JP3015792B1
Application number: JP10367905A
Authority: JP
Inventors: 雄三久武; 卓中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-03-06
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: JP2000193962A

Abstract

【要約】【課題】光利用率を改善し、高輝度かつ低消費電力の
反射型または半透過型表示素子を得る。【解決手段】偏光板１１とこれに対峙するコレステリ
ック液晶などの偏光反射層１８との間に、入射光の位相
をλ／４遅延させる固定リターダー層（位相差板）１２
と、入射光を印加電圧に応じてλ／２ずらす可変リター
ダー層（垂直配向型液晶層）１５を挟持する。さらに偏
光反射層背面に、入射光を偏光反射層によって選択反射
される方向の円偏光成分に変換する位相差板２５及び偏
光板２６を配置する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子など
の平板型表示素子に係り、特に外光を利用した反射型表
示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射型液晶表示素子は、外光を利
用するため使用環境によっては照度不足のため表示画面
が暗くなり、特に暗所では全く利用することができな
い。

【０００３】一方で、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、外光を反射するための反射板
として半透過反射板（ハーフミラー）を用い、この半透
過反射板の背面にバックライトを具備した半透過型表示
素子が応用されてきた。しかしながら、半透過反射板は
入射光の利用効率が最大でも５０％であるため、表示画
面の明るさは透過型表示素子または反射型表示素子と比
べて著しく劣っていた。

【０００４】近年こうした問題に対し、反射板に画素毎
にピンホールを設け、このピンホールに対応したマイク
ロレンズを配置した半透過型液晶表示素子が検討されて
いる。この半透過型液晶表示素子においては、外光利用
時には反射板のピンホールを除く領域で反射した光を光
源として利用し、バックライト使用時にはピンホールを
透過した光をマイクロレンズにより集光することによ
り、光の利用効率を高めている。しかしながら外光利用
時にはピンホール分の光の損失があるため、結果的に透
過型としての使用頻度が高まり、消費電力を増大させる
こととなる。また反射板の構造が複雑なため外付けの反
射板を用いる必要があり、その結果視差が生じ表示性能
を著しく低下させる。

【０００５】また、反射型液晶表示素子の観察面側に導
光板を配置し、この導光板の側面に線状光源を配置した
いわゆるフロントライト方式の表示素子も検討されてい
る。しかしながら、フロントライト表面での表面反射が
著しく、コントラストなどの表示品位を著しく低下させ
てしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれら従来の
反射型または半透過型表示素子の問題点を新規な構造に
て解決し、光利用効率を飛躍的に高めた表示素子を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の表示素子は、そ
の観察面側から順に、第１偏光板、可変リターダー、偏
光反射層、位相差板、第２偏光板を積層した構造である
ことを特徴とする。偏光反射層は、その一主面に到達す
る入射光のうち左円偏光成分または右円偏光成分を選択
反射し、残りの成分をする機能を有する。

【０００８】即ち図２に示すように、偏光反射層１８を
構成するコレステリック液晶１９が左回りの螺旋構造を
有する場合、その主面１８ｆ側から入射する自然光Ｌｆ
のうち左円偏光成分は主面１８ｆで反射される。また入
射光のうち右円偏光成分Ｌ２は他の主面１８ｂ側に透過
する。一方他の主面１８ｂから入射する自然光Ｌｂのう
ち進行方向に対して左円偏光成分は、主面１８ｂで反射
された光Ｌ２’となる。また進行方向に対して右円偏光
成分は偏光反射層１８を透過してＬ１’となる。

【０００９】上記したように、コレステリック液晶は理
想的にはその螺旋方向二沿った回転方向の円偏光成分を
反射し、逆回転方向の円偏光成分を透過するが、コレス
テリック液晶を薄膜形成すると、その螺旋方向と同じ回
転方向の円偏光成分のうち１０％程度を透過する。した
がって螺旋方向と同じ回転方向の円偏光成分のうち残り
９０％程度が選択的に反射される。

【００１０】本発明の表示素子において、観察面側から
外光が入射すると、偏光板の偏光軸方向に沿った振動方
向を有する直線偏光成分が取り出され、可変リターダー
に到達する。可変リターダーは理想的には入射光の特定
方向の振動成分の位相をこれに直交する振動成分に対し
てλ／４（λ：入射光波長）遅延させる固定リターダー
層と、印加電圧に応じて入射光の特定方向の振動成分の
位相をこれに直交する振動成分に対して相対的にλ／２
遅延させる可変リターダー層により構成される。

【００１１】固定リターダー層としては、例えば周知の
λ／４位相差板を用いることができ、その遅相軸を偏光
板の偏光軸に対して所定方向に４５°の角度をなすよう
に配置することにより、偏光板を透過した直線偏光を特
定の回転方向をもった円偏光に変換する。位相差板の遅
相軸が偏光板の偏光軸に対して右回りに４５°の角度を
なすように配置された場合、出射される円偏光は右回り
の極性となる。逆に遅相軸が偏光軸に対して左回りに４
５°の角度をなすように配置すると、出射される円偏光
は左回りの極性となる。

【００１２】可変リターダー層としては電圧制御により
位相差を可変できる複屈折率層であればよく、例えば負
の誘電異方性をもつ垂直配向ホモジニアス（ＶＡ）液晶
層を用いる。ＶＡ層にしきい値以下の電圧（第一電圧）
が印加された状態即ち液晶層が基板に垂直な初期配列を
維持している状態では、入射光は位相変調されないまま
出射されるため、円偏光の極性はそのまま維持される。
ＶＡ層に飽和電圧以上の電圧（第二電圧）が印加され基
板に水平方向に配列すると、入射光の特定方向の振動成
分がこれに直交する方向の振動成分に対してλ／２遅延
され、その結果入射した円偏光の回転方向が逆転され
る。

【００１３】即ち本発明において可変リターダー層を液
晶で構成した場合、第一電圧印加時と第二電圧印加時で
液晶層による位相遅延が相対的にλ／２生じる。ＶＡ液
晶を例にとれば第一電圧とは液晶が初期配向状態を呈す
る電圧、第二電圧とは液晶の配向が基板に平行状態にな
ることを指す。

【００１４】なお、旋光能の高い液晶層では、円偏光の
回転方向を制御できないため、本発明の可変リターダと
しては、広義のいわゆるＥＣＢ型（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａ
ｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅ
ｎｃｅｍｏｄｅ）液晶を使用することができる。ツイ
ステッドネマティック（ＴＮ）液晶でもツイスト角を適
当な値とすれば、十分な複屈折機能が得られる。

【００１５】一例として偏光軸に対し右回りに概略４５
°の角度で交差する遅相軸を有する第１λ／４位相差板
と、その後面に配置された垂直配向（ＶＡ）液晶層と、
さらにこのＶＡ液晶層の後面に配置された左捩じれのコ
レステリック液晶層と、その後面に配置された第２位相
差板と、第２偏光板とを用いて本願の表示素子を構成し
た場合、まず表示素子の前面から第１位相差板に到達し
た直線偏光は、右円偏光に変換されて出力される。ＶＡ
液晶層が第二電圧印加時即ちオン状態の場合、右円偏光
はＶＡ液晶層で左円偏光に変換されて偏光反射層に到達
する。そして偏光反射層は図２の原理に従い、左回りの
偏光成分を選択反射する。この左円偏光は再びＶＡ液晶
層で右円偏光に変換され、位相差板に到達して、入射直
線偏光と同じ方向に振動する直線偏光として取り出され
る。また表示素子の背面からの光は、第２偏光板および
第２位相差板により偏光反射層に選択反射される方向の
円偏光(上記の例の場合は左回り円偏光)に変換される。
このうち１０％は偏光反射層を透過し、ＶＡ液晶層で右
回りの円偏光に変換される。そして位相差板に到達し
て、入射直線偏光と同じ方向に振動する直線偏光として
取り出される。

【００１６】一方ＶＡ液晶層が第一電圧印加時即ちオフ
状態の場合、表示素子の前面から入射し第１位相差板か
ら出射される右円偏光はその回転方向を維持して偏光反
射層に到達し、裏面に透過される。そして第2位相差板
により直線偏光に変換され、第2偏光板により吸収され
る。また表示素子の背面からの左回りの偏光成分のうち
１０％は偏光反射層およびＶＡ液晶層を透過し、第１位
相差板により第１偏光板の偏光軸と直交する方向に振動
する直線偏光となり、第１偏光板により吸収される。

【００１７】こうして、同一構成の表示素子により、外
光（偏光板側からの入射光）を利用した反射型表示と、
背面光源を利用した透過型表示が同時に可能となる。

【００１８】なお、位相差板の遅相軸が偏光軸から左回
りに概略４５°の角度をなすように配置した場合、コレ
ステリック液晶のツイスト方向を右回りとすることによ
り同一の動作を達成できる。

【００１９】背面光源としては、例えばアクリル等の透
光性の平板からなる導光体の側面に線状光源を配置した
面光源を用いることができる。導光体の裏面に散乱反射
層を設けることにより、偏光反射層から反射された偏光
成分は、偏光反射層を透過するまで偏光反射層と散乱反
射層との間を繰り返し反射される。従って、散乱反射層
の吸収分による損失を除けば、線状光源からの光の利用
効率を極めて高めることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例におけ
る表示素子１０の構成を示す。表示素子の観察側には、
偏光板１１が配置され、その下層には、λ／４波長板１
２が配置されている。そしてλ／４波長板１２の下層に
は、２枚のガラス基板１３、１４によって挟持された垂
直配向型液晶層１５を有する液晶素子が配置されてい
る。

【００２１】そして下側のガラス基板１４と電極層１７
との間には、コレステリック液晶をポリマー化したフィ
ルム１８が被着形成されている。図２は、フィルム１８
によって透過または反射される光の様子を示す。フィル
ム１８に用いられるコレステリック液晶は、その液晶分
子１９の捩じれピッチｐと平均屈折率ｎを乗じた値ｎｐ
が入射光波長λに等しい場合を想定している。このコレ
ステリック液晶の液晶分子が左回りの螺旋構造となって
いる場合、入射した光Ｌｆの左円偏光成分が選択反射さ
れ、残りの偏光成分は透過する。コレステリック液晶は
上記の値ｎｐが入射光波長λに等しい場合、その螺旋方
向（左回り）または右回り）と等しい方向（左回りまた
は右回り）の円偏光成分を理想的には１００％反射する
機能を有するが、実際には１０％程度透過する。下側か
ら入射した光Ｌｂに対しても同様に左円偏光成分が選択
反射される。

【００２２】再び図１を参照して、本実施の形態の表示
素子１０の動作を説明する。図１ａは、垂直配向型液晶
層１５に電源２０から電圧が印加されたオン状態、正確
には液晶のスレッショルドレベル以上の電圧印加状態
（Ｖｏｎ時）を示す。この場合、ネマティック液晶分子
は上側基板から下側基板に向けて基板に水平な方向に配
列するホモジニアス配向となる。

【００２３】この状態において、図上方の観察側から入
射してくる光Ｌｆは、偏光板１１および固定リターダー
層であるλ／４位相差板１２を介して、右回りの円偏光
として可変リターダー層である垂直配向型液晶層（ＶＡ
層）１５に入射する。そしてこの層１５で位相がλ／２
遅延されることにより、左回りの円偏光に変換されて偏
光反射層であるコレステリック液晶層１８に到達する。
従って上述したとおり到達した左回りの円偏光はコレス
テリック液晶層１８により反射され、再びＶＡ層１５に
より位相がλ／２遅延されることにより、右回りの円偏
光に変換されて出力される。この光が再びλ／４位相差
板１２を通過することにより、偏光板１１の偏光軸に沿
った直線偏光となり、偏光板１１を通過して出力され、
明状態の表示が得られる。

【００２４】図１（ｂ）は、垂直配向型液晶層１５にし
きい値以下の電圧が印加されたオフ状態（零電圧を含
む）（Ｖｏｆｆ時）を示す。この場合、液晶層は液晶分
子が基板に垂直に配列し、入射光を位相変調しない状態
となる。

【００２５】この状態において、図上方から入射してく
る光Ｌｆは、図１ａの場合と同様に、偏光板１１および
λ／４位相差板１２を介して、右回りの円偏光として液
晶層１５に入射するが、同層１５では位相変調されず、
右回りの円偏光のままコレステリック液晶層１８に到達
する。この右回りの円偏光は、表示素子の背面に向けて
透過していき、位相差板２５で偏光板２６の吸収軸に沿
った振動成分をもつ直線偏光に変換される。その結果、
観察面には光は戻らず、暗状態の表示が得られる。

【００２６】次にコレステリック液晶層１８の背面に面
光源２１を配置した場合の動作について説明する。面光
源２１は、アクリル平板などにより形成される導光板２
２と、その側面に配置された線状光源２４、および導光
板の背面に配置された拡散反射層２３により構成され
る。

【００２７】図１ａの状態即ちＶｏｎ時には、面光源か
ら出力される光Ｌｂは偏光板２６および位相差板２５に
より左回り円偏光となりそのうち所定の割合の光（約１
０％）がコレステリック液晶層１８を通過し、残りの光
は反射される。そしてコレステリック液晶層１８を通過
した光は、ＶＡ層１５によって位相変調され、右回りの
円偏光に変換される。そしてこの光がλ／４位相差板１
２を通過することにより、偏光板１１の偏光軸に沿った
直線偏光となり、偏光板１１を通過して出力され、明状
態の表示が得られる。

【００２８】一方図１ｂの状態即ちＶｏｆｆ時には、コ
レステリック液晶層１８を通過した左回りの円偏光は、
ＶＡ層１５による位相変調を受けず、そのまま出力され
る。そしてこの光がλ／４位相差板１２を通過すること
により、偏光板５の偏光軸と直交する振動方向を有する
直線偏光となり、偏光板１１により吸収されて、暗状態
の表示が得られる。

【００２９】このようにして同一構造の表示素子を用い
て、外光を利用する場合、光源を利用する場合ともに、
極めて光利用効率の高い表示を得ることができ、明るい
表示が可能となる。

【００３０】また、コレステリック液晶層１８の偏光反
射層を可変リターダーであるＶＡ液晶素子の内部に形成
することにより、基板１４外面に偏光反射層を配置した
場合に比べ、基板１４による視差はなくなる。また偏光
反射層を、例えば基板１４上にＴＦＴ、ＭＩＭ素子等の
アクティブ素子を形成した場合の絶縁層として兼用すれ
ば、製造プロセスを簡略化でき、コストを低減できる。

【００３１】こうして、同一構成の表示素子により、外
光を利用した反射型表示と、背面光源を利用した透過型
表示が同時に可能になる。

【００３２】なお、上記実施例においては、ＶＡ液晶素
子を可変リターダーとして用いたが、入射光の位相を２
分の１波長ずらすか位相変調しないかを電界により制御
できる素子であれば同様の効果を得られることはいうま
でもない。例えば、他の実施例として、従来公知のネマ
ティック液晶を基板の方向に平行に配向させた水平配向
型ネマティック液晶素子を用いてもよく、またネマティ
ック液晶をツイスト配向させたツイステッドネマティッ
ク液晶素子を用いてもよい。

【００３３】また、本発明の表示素子をカラー表示素子
に応用することももちろん可能である。即ち、偏光板と
ネマティック液晶層との間に、赤、緑、青の３原色もし
くはイエロー、マジェンタ、シアンの補色３原色のカラ
ーフィルタを配置し、マトリクス状に配置した画素電極
を用いてネマティック液晶層を画素単位で電界制御する
ことにより加法混色によるカラー表示を行うことができ
る、このカラーフィルターを、可変リターダーのセル内
部に構成することももちろん可能である。

【００３４】こうした本発明の表示素子に用いる偏光反
射層は、可視光域における全ての波長の光に対して前述
した機能、作用を発揮することが、無彩色の白黒表示や
色再現性に優れたカラー表示を得る上で望ましい。例え
ば上記の各実施例のように、コレステリック液晶層によ
り偏光反射層を構成した場合、その螺旋ピッチｐとコレ
ステリック液晶ポリマーの平均屈折率ｎを乗じた値ｎｐ
が、可視光波長の最短波長から最長波長までを網羅する
よう螺旋ピッチが層厚方向に沿って連続的に変化した螺
旋構造とすることにより、可視光領域の全ての波長に対
応した偏光反射能を得ることができる。

【００３５】コレステリック液晶を構成する棒状高分子
は螺旋構造を有し、螺旋軸に平行な光が入射した場合、
螺旋ピッチに等しい光の波長をブラッグ反射する。即
ち、値ｎｐに等しい波長の光を中心波長として、屈折率
異方性△ｎと螺旋ピッチｐを乗じた値△ｎｐと等しいバ
ンド幅（波長の範囲）にてブラッグ反射を得る。なお、
上記の屈折率異方性△ｎは、棒状の液晶高分子の長軸方
向に沿った屈折率と短軸方向に沿った屈折率との差を表
し、一方平均屈折率は、長軸方向に沿った屈折率と短軸
方向に沿った屈折率の二乗和の平方根により求められ
る。

【００３６】しかしながら、コレステリック液晶の屈折
率異方性△ｎは０乃至０．３のものしか実存せず、かつ
コレステリック液晶の平均屈折率ｎも１．４乃至１．６
のものしか実存しないため、前記ブラッグ反射の中心波
長を可視光波長の中心波長（約５５０ｎｍ）にあわせる
ことは困難である。従って上述の通り、コレステリック
液晶の螺旋ピッチを層厚方向に変化させることが、可視
光領域全域に渡って良好な偏光反射能を得るために極め
て有効である。

【００３７】このような螺旋ピッチが変化するコレステ
リック液晶層を得るには、ピッチの異なる２種以上のコ
レステリック液晶ポリマー層を連続的に積層したり、コ
レステリック液晶材料を基板に塗布して固化させる際
に、塗布後の膜表面にコレステリック液晶の螺旋ピッチ
を長くする添加剤（例えば螺旋ピッチが無限大であるネ
マティック液晶など）をコーティングする方法が好適で
ある。

【００３８】また、上記例においては、可変リターダー
層に印加する電圧としてＶｏｎとＶｏｆｆの中間の電圧
を印加することにより、中間調表示をさせることももち
ろん可能である。

【００３９】以上の各実施の形態においては、外光を利
用して反射型表示素子として動作させる場合、また背面
光源を利用して透過型表示素子として動作させる場合、
いずれの場合も高い光利用効率を達成することができ
る。

【００４０】図３は、本発明の第２の実施例の半透過型
液晶表示装置として構成されたＴＦＴアクティブマトリ
クス型液晶表示装置である。図４はその主たる構成部
分、図５はアレイ基板のＴＦＴ素子構造を示す。同図は
図４のＴＦＴ素子構造を説明するため、図４に対して上
下反転して示してある。ＴＦＴアレイ基板１３は、ガ
ラス等からなる絶縁基板からなり、図はＴＦＴアレイ基
板１３を観察側に配置し、対向基板１４を背面光源側に
配置したカラーフィルターを有する垂直配向ネマティッ
ク型の素子を示す。画面表示領域に多数の画素電極３０
をマトリスク状に配置し、各画素電極３０に駆動スイッ
チング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３１が設
けられる。これらの画素電極間に信号線３２、ゲート電
極３３を含む走査線３４、さらに必要に応じて補助容量
電極（図示しない）が設けられる。これらの上から熱酸
化膜３５、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）か
らなる半導体膜３６が順次形成されており、半導体膜を
覆って低抵抗半導体膜３７が形成されている。ＴＦＴ素
子３１を構成している部分は、ＴＦＴ素子を保護するた
めのパッシベ−ション膜３８によって覆われている。

【００４１】このように、ゲート電極３３が半導体膜３
６の下に配置される構造をボトムゲート構造と称し、ア
レイ基板１３からＴＦＴ素子３１に向かって入る外光は
ゲート電極３３で遮られるため半導体膜３６に入射しな
い。その結果、表示素子を屋外使用する時の光により発
生する光リーク電流による表示コントラスト比低下を防
止できる。

【００４２】また、画素部の全面にはカラーフィルタ３
９が配置されている。カラーフィルタには１０μｍ角程
度のコンタクトホール４０が設けられている。カラーフ
ィルタ３９の上には例えばＩＴＯからなる透明画素電極
３０が各画素毎に形成されている。透明画素電極３０は
カラーフィルタ３９に設けられたコンタクトトル４０を
介してＴＦＴのソース電極４１に電気的に接続されてい
る。

【００４３】透明画素電極３０の境界部には信号線３
２、走査線３４、補助容量線の何れかの配線電極が配置
されて、背面光源による半透過型液晶表示装置の透過光
使用時に、背面光源の光が漏れてコントラスト比を低下
させることが無い。このアレイの上にさらに、図示しな
い配向膜が所定の配向軸を備え積層されている。

【００４４】ー方、対向基板１４には、偏光反射層１８
が所定形状に形成されている。ここで、偏光反射層１８
としては、コレステリック液晶をポリマー化したフィル
ムを被着形成した。偏光反射層１８はさらに、対向電極
１７として例えばＩＴＯの透明導電膜が所定形状に積層
されている。ＩＴＯは通常のマスクスパッタの手段によ
り成膜とパタ−ニングを同時に行うのが好ましい。これ
によりＩＴＯ形成時のコレステリック液晶層へのプロセ
ス負荷は極めて小さい。

【００４５】さらに、図示しない配向膜が配向処理して
積層されている。配向は液晶分子が基板に垂直に配向さ
れる方向となっている。

【００４６】これらのＴＦＴアレイ基板１３と対向基板
１４とが対向して液晶セルを構成しており、両基板の周
縁部（シール部）４２は接着剤（シール材）４３によっ
て貼り合わされ、液晶セルにはＶＡ液晶１５が封入され
ている。このとき、シール剤は対向基板１４の偏光反射
層１８が形成されていない領域に塗布するのが良い。偏
光反射層１８の上ではシール剤の付着性が悪く、１万時
間以上の長時間の使用に対して基板が剥れるなどの信頼
性問題を招く恐れがある。あるいは偏光反射層の上にシ
ール剤の付着性の良いオーバ−コート剤を塗布しておけ
ば、上記信頼性問題は回避できる。オーバ−コート剤
は、例えば通常カラーフィルタに用いられているアクリ
ル樹脂で良い。

【００４７】アレイ基板１３の外側の面上には、１／４
波長板１２、偏光板１１がこの順に積層されている。対
向基板１４の液晶層とは反対側の外面には図示しない背
面光源が配置されている。また、対角画面寸法が８イン
チ以上の中型から大型液晶表示装置では、光拡散フィル
ムをアレイ基板１の外側の面に設けて視野角を拡大して
も良い。

【００４８】以上のように構成された本実施例の液晶表
示装置は、接続された外部回路によって駆動され、周囲
に適当な光源がある明所では周囲光を液晶表示装置に入
射させ、その反射光で表示を行う反射型液晶表示装置と
して用いることができる。

【００４９】また、暗所では、液晶セル背面の光源を点
灯させ、その透過光で表示を行う透過型液晶表示装置と
して用いることができる。

【００５０】図６および図７は、本発明の第３の実施例
の半透過型液晶表示装置として構成されたＴＦＴ方式ア
クティブマトリクス型液晶表示装置を示す。

【００５１】図３乃至図５で説明した第２の実施例と異
なる部分は次のとおりであり、その他は同様の構成であ
る。

【００５２】第１に、対向基板１４の厚さを可及的に薄
く、実用的な０．２ｍｍと薄くし、粘着層付きフィルム
として供給される偏光反射層１８ａを、対向基板１４の
透明電極１７が形成される面とは反対の外面に貼付して
いる点である。

【００５３】ここで、偏光反射層１８ａとしては、コレ
ステリック液晶をポリマー化したフィルムを用いること
ができる。偏光反射層を第１の実施例のように薄膜形成
する必要が無いので、第１の実施例よりも製造歩留がさ
らに良い。また、表示においては、基板厚０．２ｍｍ程
度のパララックスによる影が発生するが、０．２ｍｍ程
度では視認性を損なう問題を引き起こす心配は無い。な
お、０．２ｍｍ厚の基板１４には０．７ｍｍガラス基板
を薄く研磨して使用するか、プラスチック基板を用い
る。

【００５４】第２に、ＴＦＴアレイ基板上のＴＦＴ素子
がポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）ＴＦＴ素子３１ａで
ある点が、第１の実施例と異なる。ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦ
Ｔ素子の光リーク電流は一般に小さく、数万ルックス
（ｌｘ）程度の外光下でも問題にならない。

【００５５】上述した偏光反射層１８ａは、コレステリ
ック液晶フィルムにより構成する。その螺旋ピッチｐと
コレステリック液晶ポリマーの平均屈折率の積ｎｐが、
可視光波長のすべてを網羅するよう螺旋ピッチが層厚方
向に沿って連続的に変化した螺旋構造とすることにより
偏光反射能の波長分散による色付きを抑制する事が出来
る。

【００５６】コレステリック液晶を構成する棒状高分子
は螺旋構造を有し、螺旋軸に平行な光が入射した場合、
螺旋ピッチに等しい光の波長をブラッグ反射する。すな
わち、積ｎｐの値に等しい波長の光を中心波長として、
屈折率異方性Δｎと螺旋ピッチとの積Δｎｐと等しいバ
ンド幅（波長の範囲）にてブラッグ反射を得る。なお、
上記の屈折率異方性Δｎは、棒状の高分子の長軸方向に
沿った屈折率と短軸方向に沿った屈折率との差を表し、
一方平均屈折率は、長軸方向に沿つた屈折率と短軸方向
に沿った屈折率の２乗和の平方根によって与えられる。

【００５７】これを実現するため、コレステリック液晶
の螺旋ピッチを層厚方向に変化させて、可視光領域全域
にわたって良好な偏光反射能を得る。

【００５８】図８は、図１の表示素子においてさらに背
面光源光の光利用効率を高めるための光学系を示す。即
ち、背面光源２１と偏光板２６との間に、位相差板５１
および第２のコレステリック液晶フィルム５２を配置し
たものである。

【００５９】この光学系は、光源光の一部を偏光板２６
の手前で偏光軸に沿った直線偏光に変換し、残りを反射
しリサイクル利用するためのもので、本実施例において
は第２のコレステリック液晶フィルム５２は、偏光反射
層１８と同じく左捩じれの螺旋構造を有し、位相差板５
１は位相差板２５の遅相軸と平行な遅相軸を有する。

【００６０】この構成において、光源光のうち右回りの
円偏光成分は第２のコレステリック液晶フィルム５２を
透過し、左回りの円偏光成分は第２のコレステリック液
晶フィルム５２により大部分が反射されるが、約１０％
の光は第２のコレステリック液晶フィルム５２を透過す
る。そしてこの円偏光が位相差板５１に入射すると、右
回りの円偏光成分は偏光板２６の偏光軸と平行な振動成
分をもつ直線偏光に変換され、左回りの円偏光成分は偏
光板２６の吸収軸と平行な振動成分をもつ直線偏光に変
換される。従って偏光反射層１８には、偏光板を透過し
位相差板２５によって変換された左回りの円偏光成分の
みが入射する。

【００６１】この左回りの円偏光成分の約９０％は偏光
反射属１８により反射され、位相差板２５によって偏光
板を透過する直線偏光に変換され、さらに位相差板５１
によって第２のコレステリック液晶フィルム５２を透過
する円偏光に変換される。そして背面光源ユニットの反
射板まで到達して、偏光成分が分解され、これを繰り返
すことにより、背面光源に向けて反射される光をリサイ
クルして、光源光の利用効率を高めることができる。

【００６２】なお、この光学系の構成は上記の構成にか
ぎられるものではなく、逆方向の捩じれを有するコレス
テリック液晶フイルムを用いた場合は、位相差板５１の
遅相軸方向を１８０°回転させることによって、同様の
機能を有する光学系を構成すことができる。

【００６３】

【発明の効果】本発明の表示素子においては、外光を利
用して反射型表示素子として動作させる場合および背面
光源を利用して透過型表示素子として動作させる場合い
ずれの場合においても高輝度の表示画面を得ることがで
き、反射表示時に背面光源を補助的に使用したり透過表
示時に背面光源の輝度を上げるする必要がなくなり、消
費電力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の動作を説明する断面
略図で、（ａ）はＶｏｎの状態、（ｂ）はＶｏｆｆの状
態を示す、

【図２】本発明の偏光反射層の動作原理を示す略図、

【図３】本発明の一実施例の構成を示す一部平面図、

【図４】本発明の一実施例の一部断面図、

【図５】本発明の一実施例のＴＦＴの断面図、

【図６】本発明の他の実施例の一部断面図、

【図７】本発明の他の実施例のＴＦＴの断面図、

【図８】本発明の他の実施例を説明する断面略図。

【符号の説明】

１８…コレステリック液晶層（偏光反射層）２１…背面光源１１…偏光板１２…λ／４波長板（固定リターダー層）１３、１４…透明基板１５…垂直配向型液晶層（ＶＡ層）（可変リターダー
層）１６、１７…透明電極層２５…位相差板２６…偏光板５１…位相差板５２…第２のコレステリック液晶フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335 610 G02F 1/1335 510

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直線偏光をその偏光軸に沿って透過する
第１偏光板と、前記第１偏光板の後方に配置され、印加電圧に応じて入
射光の位相を変調する可変リターダと、前記可変リター
ダの後方に配置され、入射光の所定方向回りの第一円偏
光成分を選択的に反射する偏光反射層と、前記偏光反射層の後方に順に配置され、後方からの光を
前記所定方向回りの円偏光成分に変換する位相差板及び
第２偏光板を有し、前記可変リターダーは前記第１偏光板を透過した直線偏
光を、第一電圧印加時に前記第一円偏光成分に変換し、
第二電圧印加時に前記第一円偏光成分と逆回りの第二円
偏光成分に変換するとともに、前記第一電圧印加時に前
記第１偏光反射板からの反射光および透過光を前記第１
偏光板の偏光軸に沿った直線偏光に変換し、前記第二電
圧印加時に前記偏光反射板からの透過光を前記偏光板の
偏光軸と直交する方向の直線偏光に変換することを特徴
とする表示素子。
【請求項２】前記偏光反射層は、コレステリック液晶
層を含むことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項３】前記コレステリック液晶層は、その螺旋
ピッチが層厚方向に沿って異なることを特徴とする請求
項２記載の表示素子。
【請求項４】前記可変リターダーは、印加電圧に応じ
て入射光の位相を可変に変調する可変リターダー層と、
入射光の位相を一定量変調する固定リターダー層とを有
することを特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項５】前記可変リターダー層は、前記固定リタ
ーダー層よりも前記偏光反射層側に配置されることを特
徴とする請求項４記載の表示素子。
【請求項６】前記可変リターダー層は相対する電極間
に配置された液晶を有し、前記第一電圧および第二電圧
が前記電極に印加されることを特徴とする請求項１記載
の表示素子。
【請求項７】前記可変リターダー層は、前記第一電圧
印加時に、前記第二電圧印加時よりも入射光の位相をλ
／２変化させることを特徴とする請求項４記載の表示素
子。
【請求項８】前記可変リターダー層は、ツイステッド
ネマティック液晶素子であることを特徴とする請求項７
記載の表示素子。
【請求項９】前記可変リターダー層は、垂直配向型ネ
マティック液晶素子であることを特徴とする請求項７記
載の表示素子。
【請求項１０】前記可変リターダー層は、水平配向型
ネマティック液晶素子であることを特徴とする請求項７
記載の表示素子。
【請求項１１】前記偏光反射層の他方の面側には、面
光源が配置されていることを特徴とする請求項１記載の
表示素子。
【請求項１２】前記固定リターダ層はλ／4位相差板
からなり、その遅相軸が前記第１偏光板前面側からみた
とき前記偏光軸から所定方向に概略４５°をなすように
配置され前記可変リターダ層は前記第一および第二印加
電圧に応じて入射光の位相を変調する液晶セルを含み、
前記偏光反射層はコレステリック液晶層を含むことを特
徴とする請求項５記載の表示素子。
【請求項１３】前記液晶層セルは、前記液晶層と、該
液晶層を挟んで対向しそれぞれの内面に電極が形成され
た２枚の電極基板を有することを特徴とする請求項１２
記載の表示素子。
【請求項１４】前記コレステリック液晶層は、前記電
極基板面に被着されることを特徴とする請求項１３記載
の表示素子。
【請求項１５】前記コレステリック液晶層は前記電極
基板外面に被着されていることを特徴とする請求項１４
記載の表示素子。
【請求項１６】前記コレステリック液晶層は液晶ポリマ
ーフィルムからなることを特徴とする請求項１５記載の
表示素子。
【請求項１７】前記電極基板の一方は、マトリクス状
に配列された複数の画素電極および各々の画素電極を制
御するスイッチング素子を有し、他方の電極基板は前記
複数の画素電極に共通の対向電極を有することを特徴と
する請求項１３記載の表示素子。
【請求項１８】前記偏光反射層はコレステリック液晶
層からなり、そのねじれ方向が前記偏光軸から遅層軸へ
の回転方向と逆方向であることを特徴とする請求項１２
記載の表示素子。