JP3076242B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、反射型液晶表示素子を用いた投射型液晶表示装置の
高コントラスト化に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の投射型液晶表示装置は、スク
リーンに光を投射して表示を行うため屋内の照明光下で
表示を認識するに充分な明るさが必要であり、消費電力
を増大せずに表示の明るさを増大するためには開口率を
増大する必要もある。開口率増大のためには、ＴＦＴ
(Ｔhin Ｆilm Ｔransistor)の上部も反射電極で覆い表
示に使うことのできる反射型液晶表示素子が適してい
る。そして、従来の投射型液晶表示装置では、液晶層に
ツイステッドネマチック液晶を用い、液晶層の前後に２
枚の偏光板を設置して表示を行っている。

【０００３】しかし、開口率が低いため屋内の照明光下
で表示を認識するのに充分な明るさが得られない。偏光
板の代わりにダイクロミックプリズムを用いても、同様
にして充分な明るさが得られない。そこで、特開昭64-7
021号公報では、液晶層と下側基板の間に反射板を設置
している。以下、この様な構成の液晶表示装置を反射板
内蔵型液晶表示装置と呼称する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の反射板
内蔵型液晶表示装置では、液晶層を通過した光の偏光状
態の波長分散が大きいため、高コントラストの表示を得
るためには液晶層を通過した光の偏光状態を全可視波長
に渡って制御しなければならない。しかし、特開昭64-7
021号公報では波長分散の制御方法については記載され
ていない。以上の様な理由から、反射板内蔵型液晶表示
装置は高開口率であるため屋内の照明光下で表示を認識
するに充分な明るさが得られる潜在能力を有しているの
で、充分な明るさとコントラスト比を両立させることに
課題があった。

【０００５】従って、本発明の目的は、明るさとコント
ラスト比が両立し、視認性の優れた液晶表示装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する液
晶表示装置の特徴は、偏光板と位相板と液晶層と反射板
とを並設し該反射板で透過光を反射させる投射光学系を
有する液晶表示装置において、前記位相板は、当該位相
板のリタデーションと該リタデーションの波長分散の勾
配とが自由に設定可能なる位相板１，２から成り、前記
位相板１の前記勾配は前記液晶層の前記勾配よりも大き
く設定し、前記位相板２の前記勾配は前記液晶層の前記
勾配よりも小さく設定して、前記液晶層と前記位相板
１，２の三者を組み合わせた前記投射光学系におけるリ
タデーション合成値の波長分散を、(0.25＋0.5ｎ)λの
関係式で表わされるリタデ−ション曲線に漸近させたこ
とにある。

【０００７】また、他の特徴は、透過光の進行方向に、
偏光板と２枚の位相板と上側基板と液晶層と駆動装置と
反射板を兼ねた下側基板とが順次積層されて、かつ、前
記偏光板の吸収軸方向と前記液晶層の前記偏光板に隣接
する側の配向方向とが非平行の関係にある液晶表示装置
であって、それぞれ位相板１，２とする前記２枚の位相
板は、前記透過光の波長400(nm)から700(nm)の範囲にお
ける、前記液晶層と組み合わせたリタデ−ション合成値
の波長分散が、(0.25＋0.5ｎ)λの関係式で表わされる
リタデ−ション曲線に実質的に近似するように設定され
ている、それぞれのリタデ−ションの波長分散を有する
点にある。

【０００８】 さらに、別の特徴は、偏光板と位相板と液
晶層と反射板とを並設し該反射板で透過光を反射させる
投射光学系を有する液晶表示装置において、前記位相板
は、当該位相板のリタデーションと該リタデーションの
波長分散の勾配とが自由に設定可能なる位相板１，２か
ら成り、前記位相板１の前記勾配は前記液晶層の前記勾
配よりも大きく設定し、前記位相板２の前記勾配は前記
液晶層の前記勾配よりも小さく設定して、前記液晶層と
前記位相板１，２の三者を組み合わせた前記投射光学系
におけるリタデーション合成値の波長分散を、(0.25＋
0.5ｎ)λの関係式で表わされるリタデ−ション曲線に漸
近させたことにある。ただし、ｎは整数、λは透過光の
波長(nm)である。

【０００９】そして、上記本発明の特徴によれば、明る
さとコントラスト比が両立し、視認性の優れた液晶表示
装置を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。図１は、本発明による一実
施例の液晶表示装置の画素構造を示す図である。本発明
による反射板内蔵型液晶表示素子の断面図の１例を示し
ている。自然光である光源光を偏光に変える偏光手段に
は、偏光板を用いている。下側基板上にＴＦＴがあり、
同じく下側基板上にある反射板を兼ねる画素電極に接続
されている。液晶層はネマチック液晶から成り、上側基
板近傍及び下側基板近傍における液晶層の配向方向は等
しく、ツイスト角は０°である。上側基板上には位相板
１，２と偏光板とが積層されている。

【００１１】図２は、図１の液晶表示装置のうち、透過
光の偏光状態に関する構成要素を示す図である。すなわ
ち、図１から光の偏光状態に関与する構成要素だけを抜
き出し、簡略化して描いたのものである。図２におい
て、上から順に、偏光板、位相板１，２、液晶層、反射
板が光の偏光状態に関与する。位相板１，２の遅相軸
は、液晶層の配向方向と平行または直交である。偏光板
の吸収軸(または、透過軸)は、位相板の遅相軸および液
晶層の配向方向と45°を成すものとする。尚、位相板
１，２と液晶層の波長λにおける各リタデ−ションを、
それぞれΔnd_PH1(λ)，Δnd_PH2(λ)，Δnd_LC(λ)とし
て、図２中に併記した。

【００１２】図２において、光は、液晶表示素子内を偏
光板、位相板１、位相板２、液晶層の順に通過し、反射
板で反射され、今度は、液晶層、位相板２、位相板１、
偏光板の逆順に通過して使用者に達する。この過程にお
ける光の偏光状態の変化は、次の図３の光学系における
偏光状態の変化と等価であるとして置き換えることがで
きる。

【００１３】図３は、図２と光学的に等価な光学系を示
す図である。すなわち、偏光板１，２の透過軸は平行で
あり、液晶層、位相板１、位相板２の各リタデーション
は、図２における各リタデーションの２倍とするもので
ある。そして、図３の光学系を用いて、反射板内蔵型液
晶表示素子を高コントラスト化するための条件、即ち暗
表示の反射率を低減する条件を考察する。図３の光学系
の、波長λの光の反射率Ｒ(λ)は次式で表わされる。 Ｒ(λ)＝0.5(１＋cos(４πΔnd"(λ)／λ))………………………(数１) ここで、 Δnd"(λ)は、後述する液晶層、位相板１、位
相板２の各リタデーションの合成値である。

【００１４】暗表示の反射率を低減するためには、可視
波長のほぼ全域、即ち400nmから700nmにおいて、Ｒ(λ)
が０に近づけばよい。つまり、可視波長の400nmから700
nmの範囲において、暗表示時に液晶層に印加する電圧を
Ｖ_Bとすると、Ｖ_B印加時の液晶層、位相板１、位相板２
の各リタデーションを合成したのリタデーション合成値
Δnd"(λ)が、次式のΔnd'(λ)を実質的に満足すればよ
く、即ち、(数１)式の第２項がほぼ(−１)となって、Ｒ
(λ)が０に近づくと言える。 Δnd'(λ)＝(0.25＋0.5ｎ)λ ………………………………………(数２) ただし、ｎは整数である。

【００１５】(数２)式は、ｎが０以上の場合には、リタ
デーションが波長に比例して増大する波長分散特性曲線
(以下、波長分散とも略称する)を示している。また、ｎ
が０よりも小さい場合には、リタデーションが波長に比
例して減少する波長分散を示している。 また、これま
でに知られている透明な複屈折媒体(即ち、位相板、液
晶層など)のリタデーションは全て正であり、 かつ、波
長の増大と共に減少する波長分散を示している。

【００１６】そこで、液晶層と位相板の組合せにより、
(数２)式を満足するリタデーションの実現を試みる。波
長λにおけるリタデーションが それぞれΔnd₁(λ)、Δ
nd₂(λ)である透明複屈折媒体１，２(Δnd₁(λ)＞Δnd₂
(λ))を遅相軸が平行になる様に積層した場合、 ２つの
透明複屈折媒体のリタデーション合成値Δnd"(λ)は次
式の様になる。
Δnd"(λ)＝Δnd₁(λ)＋Δnd₂(λ)…………………………………(数３) 遅相軸が直交する様に積層した場合には、Δnd"(λ)
は、次式の様になる。 Δnd"(λ)＝Δnd₁(λ)−Δnd₂(λ)…………………………………(数４) 透明複屈折媒体１，２の各リタデーションの波長分散が
互いに異なる場合、リタデーション合成値Δnd"(λ)の
波長分散は、透明複屈折媒体１，２の何れとも異なる。

【００１７】換言すれば、リタデーション合成値の波長
分散は、透明複屈折媒体１，２の各リタデーションと、
各リタデーションの波長分散の勾配と、積層方法(遅相
軸が平行または直交させる積層方法)の違いとを適宜、
組み合わせ設定することにより制御できる。以上の様な
リタデーションの合成則を利用することにより、リタデ
ーション合成値Δnd"(λ)の波長分散を(数２)式に近付
けることができる。

【００１８】特に、(数２)式の様なリタデーションの波
長分散を実現するためには、透明複屈折媒体１，２の各
リタデーションの波長分散の勾配を、一方の勾配は極度
に急に、他方の勾配は極度に平坦にしなければならな
い。或いはまた、透明複屈折媒体１，２の各リタデーシ
ョンを大きくしなければならないと言える。

【００１９】ところで、位相板を１枚だけ用いる場合
は、透明複屈折媒体の一方は液晶層になり、他方が位相
板になる。しかしながら、表示特性を保持するために
は、液晶層のリタデーションの波長分散の勾配は極端に
急にも平坦にもできない。また、液晶層のリタデーショ
ンは大きくもできない。従って、位相板を１枚しか用い
ない場合には、位相板のリタデーションの波長分散の勾
配は液晶層のそれよりも大きいか小さいかのいずれかの
一方にしか設定することができない。その結果、リタデ
ーション合成値の波長分散を、(数２)式に充分に近付け
ることはできないと言える。

【００２０】これに対し本発明によれば、２枚の位相板
を用いるので、位相板１の勾配は液晶層の勾配よりも大
きく(急に)設定し、位相板２の勾配は液晶層の勾配より
も小さく(平坦に)設定して、液晶層と２枚の位相板の三
者を組み合わせた投射光学系におけるリタデーション合
成値の波長分散を、 (数２)式の(0.25＋0.5ｎ)λの関係
式で表わされるリタデ−ション曲線に漸近させることが
できると言える。換言すれば、前述のように、透明複屈
折媒体１，２としての位相板１，２の各リタデーション
の波長分散の勾配は、 一方の勾配は液晶層のそれより
も極度に急に(大きく)、 他方の勾配は液晶層のそれよ
りも極度に平坦に(小さく)しなければならないことにな
る。

【００２１】上記のことについて、図４、５を用いて説
明する。図４は、２つの透明複屈折媒体の場合のリタデ
ーションの合成について説明する図である。 図５は、
図４の場合のリタデーション合成値の波長分散と1/4波
長のリタデーション曲線とを比較して説明する図であ
る。従来技術の２つの透明複屈折媒体としての液晶層と
１枚の位相板とのリタデーション合成値の波長分散を1/
4波長のリタデーション曲線と比較した場合の例が示さ
れている。

【００２２】具体的には、位相板には、リタデーション
の波長分散の勾配が最も急なポリサルホンを用いる。
暗表示における液晶層の波長550(nm)におけるリタデー
ションを200nm、位相板の波長550(nm)におけるリタデー
ションを62.5nmとする。位相板を遅相軸が液晶配向方向
に対して直交する様に設置する。この時、リタデーショ
ン合成値は、図４中の斜線部になる。これを書き直した
のが図５である。

【００２３】図５中に比較のため、(数２)式において
「ｎ＝０の場合」のリタデーションの波長分散、 すなわ
ち、(数１)式においてＲ(λ)が０となる、1/4波長のリ
タデーション曲線を併記した。図５から明らかな様に、
位相板を１枚しか用いない場合、リタデーション合成値
の波長分散は、(数２)式に充分に近づかないものである
ことが判る。

【００２４】これに対し本発明の特徴は、リタデーショ
ン合成値の波長分散を(数２)式に近付けるために、位相
板を２枚使用した。すなわち、リタデーションと、リタ
デーションの波長分散の勾配とを自由に変えられない液
晶層の代わりに、位相板を１枚追加し、これらを自由に
変えられる位相板を２枚とすることにより、広い範囲で
調整することを可能として、 三者のリタデーション合
成値の波長分散を1/4波長のリタデーション曲線に漸近
させたものである。謂わばフィッティングのために調整
するパラメータを１つから２つに増やしたことに等しい
と言える。

【００２５】換言すれば、本発明による液晶表示装置
は、液晶層と駆動装置と偏光板と２枚の位相板と上側，
下側の２枚の透明なる基板から構成され、２枚の基板
は、表示電極と配向膜とを備えており、下側基板の表示
電極は反射板を兼ねており、下側基板の表示電極は、駆
動装置としてのアクティブ素子と接続されており、２枚
の基板は、液晶層を挾持して対向配置され、偏光板は上
側基板の上側に配置され、２枚の位相板は、偏光板と上
側基板の間に配置され、偏光板の吸収軸方向と上側基板
近傍における液晶層の配向方向との関係が平行でないも
のであって、２枚の位相板をそれぞれ位相板１，２と
し、ｎを整数，λを光の波長とすれば、駆動装置を用い
て液晶層に任意の電圧Ｖ_Bを印加した時に、 可視波長の
400nmから700nmの範囲において、位相板１と位相板２と
液晶層とのリタデ−ション合成値の波長分散が、 (0.25
＋0.5ｎ)λの関係式で表わされるリタデ−ション曲線に
実質的に近似することを特徴とする。

【００２６】ここで液晶層のリタデーションをΔnd
_LC(λ)とし、２枚の位相板を位相板１及び２とし、各リ
タデーションをそれぞれ、Δnd_PH1(λ)、Δnd_PH2(λ)と
すると液晶層と位相板１，２のリタデーション合成値Δ
nd(λ)"は、次式で表わされる。 Δnd"(λ)＝Δnd_LC(λ)±Δnd_PH1(λ)±Δnd_PH2(λ)……………(数５) ただし、複号(±記号)は同順ではない。

【００２７】(数５)式において、第２項と第３項の符号
は、位相板１，２の遅相軸が液晶層配向方向に対して平
行であれば＋に、直交すれば−になる。液晶層と位相板
を２枚用いた時の各リタデーションの波長分散の１例を
図９に示す。図９は、本発明による一実施例の位相板
１，２と液晶層の各リタデーションの波長分散を示す図
である。位相板１及び位相板２は、ポリサルホン製の位
相板及びポリビニルアルコール製位相板とし、 それら
の波長550(nm)におけるリタデーションは331nmおよび40
8nmとした。また、位相板１は、遅相軸が液晶配向方向
に直交する様に配置し、位相板２は、遅相軸が液晶配向
方向に平行になる様に配置した。そして、液晶層の波長
550(nm)におけるリタデーションは60nmにした。その結
果を、図１０に示している。

【００２８】図１０は、図９における位相板１，２と暗
表示時の液晶層とのリタデーション合成値の波長分散と
1/4波長のリタデーション曲線とを示す図である。 図１
０に示す様に、リタデーション合成値の波長分散(特性
曲線)は、(数２)式と同様に波長と共に増大し、波長550
nmで1/4波長のリタデーション曲線と一致し、他の可視
波長域(400nmから700nmの範囲)で、 1/4波長のリタデー
ション曲線にほぼ近似する漸近線となっている。

【００２９】ここで、位相板の遅相軸の設定の仕方は、
液晶層の配向方向に対して平行または直交の２種類しか
ない。従って、位相板を３枚以上用いると、この内の少
なくとも２枚は遅相軸が互いに平行になることになり、
遅相軸が互いに平行な２枚の位相板は１枚の位相板で置
き換えることができる。従って、位相板を３枚以上用い
ても、実質的な効果は２枚の場合と大きな差は無く、リ
タデーション合成値は図１０に示した以上には、(数２)
式に近づかない。コストの増大を考慮すると、位相板の
数は２枚が最適である。

【００３０】偏光手段にダイクロミックプリズムを用い
た場合、(数１)、(数２)式は、それぞれ(数６)、(数７)
式になる。 Ｒ(λ)＝0.5(１−cos(４πΔnd"(λ)／λ))………………………(数６) Δnd'(λ)＝0.5ｎλ …………………………………………………(数７) これは、ダイクロミックプリズムでは、光の通過方向が
変われば透過偏光成分の振動方向が90°回転することに
よる。ただし、この場合でも前述の議論が同様に成立
ち、コントラスト比の増大のためには位相板の数は２枚
が最適である。

【００３１】暗表示における液晶層のリタデーションが
充分に小さければ、温度変化に伴うコントラスト比の変
化も小さくなる。例えば、温度変化により液晶層のリタ
デーションが５％変化する場合、 液晶層のリタデーシ
ョンが200nmであればリタデーションの変化量は10nmで
あるが、液晶層のリタデーションが40nmであればリタデ
ーションの変化量は僅か２nmになる。

【００３２】すなわち、液晶層のリタデーションが低い
値において暗表示する設定とすることが、温度変化に伴
う液晶層のリタデーションの変化を抑えることになり、
従って温度変化によるコントラスト比の低下が抑えられ
ることになると言える。換言すれば、暗表示時の液晶層
の波長550(nm)におけるリタデーションを小さくするこ
とが、温度変化によるコントラスト比の低下を回避する
要件であると言える。そして、液晶層のリタデーション
が充分にかつ適切に低い値である、例えば、40(nm)にお
いて暗表示する設定とすると、表１，２にて示し後述す
るように、位相板２の波長550(nm)におけるリタデーシ
ョンが、位相板１の波長550(nm)におけるリタデーショ
ンよりも大きくなるという知見を得た。換言すれば、位
相板２の波長550(nm)におけるリタデーションを位相板
１の波長550(nm)におけるリタデーションよりも大きく
なるように設定すれば、 液晶層の波長550(nm)における
リタデーションが、課題を解決するための適正な低い値
になると言える。

【００３３】図６は、本発明による一実施例の液晶層の
リタデーションの印加電圧依存性を示す図である。図示
した様に、液晶層のリタデーションは印加電圧によって
変化する。図６の縦軸は、印加電圧０Ｖにおける値で割
った液晶層のリタデーションであり、液晶層のリタデー
ションは、１Ｖから２Ｖにかけて急激に減少する。従っ
て、２Ｖよりも高電圧側において暗表示を行えば、温度
に依らず高いコントラスト比の表示が得られる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の具体例な内容と効果につい
て、実施例を用いて説明する。 「実施例１」図１は、本実施例１の液晶表示装置の１画
素とその周辺の構成の１例を示す平面図でもある。そし
て、図７は、図１の液晶表示装置のＡ−Ａ’で切断した
画素構造を示す断面図である。図８は、図１の液晶表示
装置のＢ−Ｂ’で切断した画素構造を示す断面図であ
る。実施例１の液晶表示装置の構成を説明する。

【００３５】下側基板10は、無アルカリのホウケイサン
ガラス製であり、上下に酸化シリコン層を備えている。
ゲート電極20は、スパッタ法で形成したアルミニウム膜
から成り、上側に陽極酸化アルミニウム膜を有する。絶
縁膜25は、膜厚2000Åの窒化シリコン膜であり、プラズ
マＣＶＤ法で形成した。ＴＦＴは、ゲート電極に対する
正のバイアス印加によりチャネル抵抗が小さくなり、バ
イアスゼロによりチャネル抵抗が大きくなる様に動作す
る。また、ＴＦＴは、ゲート電極20,絶縁膜25,ｉ型半導
体層30から成る。

【００３６】ｉ型半導体層は、非晶質シリコン製であ
り、層厚は2000Åである。そのソース電極、ドレイン電
極と重なる部分の上方には、リンをドープしてＮ(＋)型
非晶質シリコン半導体層とした。ソース電極40とドレイ
ン電極45は２層から成り、上方の層は、スパッタ法で形
成した層厚3000Åのアルミニウムであり、下方の層は、
同じくスパッタ法で形成した層厚600Åのクロムであ
る。 ＴＦＴ上の平坦化膜50は、プラズマＣＶＤ装置で
形成した膜厚１μｍの窒化シリコン膜である。

【００３７】平坦化膜上の画素電極57は、アルミニウム
製であり、スルーホール55によりソース電極と接続し
た。有機配向膜60にはポリイミド系有機高分子を用い
た。液晶層70にはチッ素製HA-5073XXを用いた。 画素電
極における液晶層の厚さの最大値は3.0μｍ、電圧無印
加時における液晶層のリタデーションは0.25μｍとし
た。上側基板80上の有機配向膜60は、下側基板上のもの
と同じである。上下の基板の有機配向膜は、配向処理方
向が互いに反平行であり、プレチルト角は５°である。
上側基板の共通透明画素電極75は、スパッタリングで形
成されたIndium-Tin-Oxide(ＩＴＯ)膜からなり、膜厚は
1400Åである。上側基板80は、下側基板と同様無アルカ
リのホウケイサンガラス製であり、上下に酸化シリコン
層を備える。

【００３８】位相板１PH１、位相板２PH２にはポリサル
ホン製位相板とポリビニルアルコール製位相板を用い
た。位相板１、位相板２、液晶層の各リタデーションの
波長分散を図９に示す。図９は、実施例１の位相板１，
２と液晶層のリタデーションの波長分散を示す図でもあ
る。 図９の縦軸は波長550nmの値で割った比で表わした
リタデーションである。位相板１及び位相板２のリタデ
ーションは、液晶層のリタデーションが小さい値になる
印加電圧3.0Ｖにおいて暗表示が得られる様に、 最小二
乗法を用いて決定した。以下、その方法について説明す
る。

【００３９】(数８)式は、(数２)式の波長分散と、各波
長における液晶層、位相板１、位相板２のリタデーショ
ン合成値の差の二乗であり、リタデーション合成値の波
長分散と(数２)式の間のずれを表わしている。 Σ{Δnd'(λ)−Δnd"(λ)}²≡Ｓ …………………………………(数８) (数８)式内のΔnd"(λ)は、(数５)式と同様、液晶層、
位相板１、位相板２のリタデーション合成値であるが、
これを(数９)式の様に書き換えられる。 Δnd"(λ)＝Δnd_LC(λ)＋Ｒ_PH1×Δnd_PH1(λ)／Δnd_PH1(λ＝550nm) ＋Ｒ_PH2×Δnd_PH2(λ)／Δnd_PH2(λ＝550nm) ……(数９) (数９)式中のＲ_PH1、Ｒ_PH2は、 波長550nmにおける位相
板１、位相板２の各リタデーションである。Ｒ_PH1、Ｒ
_PH2の符号は、位相板の遅相軸の向きに関係し、遅相軸
が液晶層の配向方向に平行な場合は＋、直交する場合は
−である。

【００４０】そして、(数８)式において、 可視波長域
内の５波長(450nm、500nm、550nm、600nm、650nm)に対
しての和をとった。また、次の２式を満足するＲ_PH1、
Ｒ_PH2を求めた。

【００４１】 ∂Ｓ／∂Ｒ_PH1＝０ …………………………………………………(数10) Δnd_LC(λ＝550nm)＋Ｒ_PH1＋Ｒ_PH2＝0.25×550nm ………………(数11) 最終的に、(数10)、(数11)式を満足するＲ_PH1、Ｒ_PH2と
は、即ち、(数８)式のＳを最小にし、かつ 波長550nmに
おいて、(数２)式を満足する(一致する)位相板１、位相
板２と液晶層のリタデーション合成値を与えるものであ
る。

【００４２】具体的に、印加電圧3.0Ｖにおける液晶層
の波長550nmにおけるリタデーションは、50(nm)であ
り、この値と、ｎ＝０を代入し((0.25)λ、すなわち、
４分の１波長)、(数８)〜(数11)式を計算したところ、
Ｒ_PH1＝-331nm、Ｒ_PH2＝408nmであった。 これ
に従って、位相板１、位相板２の各リタデーションは33
1nm、408nmと設定した。また、位相板１、位相板２は、
それぞれの遅相軸が液晶層の配向方向にそれぞれ直交、
平行になる様に設置した。また、偏光板95は、その吸収
軸が液晶配向方向に対して45°を成す様に配置した。

【００４３】印加電圧3.0Ｖにおける位相板１、位相板
２と液晶層のリタデーション合成値を図１０に示す。

図１０は、実施例１における位相板１，２と暗表示時
の液晶層とのリタデーション合成値と、1/4波長のリタ
デーション曲線とを示す図でもある。

【００４４】図１０において、リタデーション合成値
は、 波長550nmにおいて４分の１波長になり、他の可視
波長域(400nmから700nmの範囲)で４分の１波長のリタデ
ーション曲線に近い値となって、実質的に近似している
と言える。この実質的とは、製作公差を含めて、十分に
優れた視認性が得られる実用上の範囲にあることを意味
するものである。

【００４５】実施例１の液晶表示装置に駆動装置を組合
せ、20℃において反射率の印加電圧依存性を測定した結
果を図１１に示す。図１１は、実施例１における反射率
の印加電圧依存性を示す図である。反射率は、印加電圧
3.0Ｖにおいて0.15％であり、コントラスト比は100：１
以上であった。因みに、従来のコントラスト比は28：１
である。以上の実施例１において、リタデーションの波
長分散が、互いに異なる位相板１，２を用いて、位相板
１，２と液晶層との各リタデーションの合成値を、全可
視波長において４分の１波長に充分近い値にすることに
より、高コントラスト比の表示が得られた。

【００４６】「実施例２」実施例２は、実施例１の液晶
表示装置と同じものにおいて、 液晶層の波長550(nm)に
おけるリタデーションを200nmとし、位相板１，２の波
長550(nm)におけるリタデーションをそれぞれ322nm、42
0nmとした。 印加電圧3.0Ｖにおける位相板１、位相板
２と液晶層とのリタデーション合成値を図１２に示す。
図１２は、実施例２における位相板１，２と、暗表示時
の液晶層とのリタデーション合成値と1/4波長のリタデ
ーション曲線とを示す図である。合成値は、波長550nm
において４分の１波長になり、 他の可視波長域(400nm
から700nmの範囲)でもこれに近い値になって、実質的に
近似している。

【００４７】この液晶表示装置に駆動装置を組合せ、20
℃において反射率の印加電圧依存性を測定した結果を図
１３に示す。図１３は、実施例２における反射率の印加
電圧依存性を示す図である。反射率は、印加電圧3.0Ｖ
において0.14％であり、コントラスト比は100：１以上
であった。

【００４８】以上の様に、リタデーションの波長分散が
互いに異なる位相板１，２を用いて位相板１，２と液晶
層のリタデーションの合成値を全可視波長において４分
の１波長に充分近い値にすることにより、高コントラス
ト比の表示が得られた。

【００４９】「実施例３」実施例２の液晶表示装置にお
いて、 液晶層の波長550(nm)におけるリタデーションを
200nmとし位相板１，２の波長550(nm)におけるリタデー
ションをそれぞれ386nm、333nmとした。 印加電圧1.0Ｖ
における位相板１、位相板２と液晶層のリタデーション
の合成値を図１４に示す。図１４は、実施例３における
位相板１，２と、暗表示時の液晶層とのリタデーション
合成値と1/4波長のリタデーション曲線とを示す図であ
る。合成値は、波長550nmにおいて４分の１波長にな
り、 他の可視波長域(400nmから700nmの範囲)でもこれ
に近い値になって、実質的に近似している。

【００５０】この液晶表示装置に駆動装置を組合せ、20
℃において反射率の印加電圧依存性を測定した結果を図
１５に示す。図１５は、実施例３における反射率の印加
電圧依存性を示す図である。 反射率は印加電圧1.0Ｖに
おいて0.16％であり、コントラスト比は100：１以上で
あった。

【００５１】以上の様に、リタデーションの波長分散が
互いに異なる位相板１，２を用いて位相板１，２と液晶
層のリタデーションの合成値を全可視波長において４分
の１波長に充分近い値にすることにより、高コントラス
ト比の表示が得られた。

【００５２】尚、実施例３の場合は、位相板１の波長55
0(nm)におけるリタデーションは、位相板２の波長550(n
m)におけるリタデーションよりも大きくなっていて、
後述する実施例５,６,８,９に比べて、 温度変化による
コントラスト比の低下が見られるが従来技術に比べれば
問題のないレベルである。

【００５３】「実施例４」実施例２の液晶表示装置にお
いて、温度を０℃から50℃まで変えて表示特性を測定し
た。その結果を図１６に示す。 図１６は、 実施例４に
おける明表示反射率、暗表示反射率、コントラスト比の
温度依存性を示す図である。特に高温側においてコント
ラスト比が低下するものの、 上記温度範囲において70:
１以上の高コントラスト比の表示が得られた。

【００５４】「実施例５」実施例１の液晶表示装置にお
いて、(数２)式中のｎが ４から ０の場合について、Ｒ
_PH1とＲ_PH2を求めた。その結果を表１に示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】いずれの場合もＲ_PH1の符号は−で、 Ｒ
_PH2の符号は＋であり、Ｒ_PH2の絶対値はＲ_PH1の絶対値
よりも大きい。

【００５７】従って、液晶層よりもリタデーションの波
長分散の勾配が急な位相板を位相板１に用い、液晶層よ
りもリタデーションの波長分散の勾配が平坦な位相板を
位相板２に用い、(数２)式中のｎを０以上として、本発
明の液晶表示装置を設計した場合、位相板１は遅相軸が
液晶層配向方向に直交する様に設置し、位相板２は遅相
軸が液晶層配向方向と平行になる様に設置し、位相板２
のリタデーションを位相板１よりも大きくすると、高コ
ントラスト比の表示が得られる。

【００５８】「実施例６」実施例１の液晶表示装置にお
いて、(数２)式中のｎが−１から−４の場合について、
Ｒ_PH1とＲ_PH2を求めた。その結果を表１に示す。

【００５９】いずれの場合もＲ_PH1の符号は＋で、 Ｒ
_PH2の符号は−であり、Ｒ_PH2の絶対値はＲ_PH1の絶対値
よりも大きい。

【００６０】従って、液晶層よりもリタデーションの波
長分散の勾配が急な位相板を位相板１に用い、液晶層よ
りもリタデーションの波長分散の勾配が平坦な位相板を
位相板２に用い、(数２)式中のｎを−１以下として、本
発明の液晶表示装置を設計した場合、位相板１は遅相軸
が液晶層配向方向と平行になる様に設置し、位相板２は
遅相軸が液晶層配向方向に直交する様に設置し、位相板
２のリタデーションを位相板１よりも大きくすると、高
コントラスト比の表示が得られる。

【００６１】「実施例７」実施例１の液晶表示装置にお
いて、偏光板をダイクロミックプリズムに替えた場合で
ある。すなわち、 (0.5ｎ)λの関係式で表わされるリタ
デ−ション曲線に実質的に近似するように設定する場合
である。 (数８)式中のΔnd'(λ)を(数７)式で定義され
るリタデーションの波長分散とし、ｎ＝０(０波長)とし
て、Ｒ_PH1とＲ_PH2を求めたところ、表２に示すように、
Ｒ_PH1＝-21nm、Ｒ_PH2＝-29nmであった。

【００６２】

【表２】

【００６３】従って、 位相板１，２の波長550(nm)にお
けるリタデーションを21nm、29nmとし、液晶層よりもリ
タデーションの波長分散の勾配が急な位相板を位相板１
に用い、液晶層よりもリタデーションの波長分散の勾配
が平坦な位相板を位相板２に用い、(数７)式中のｎ＝０
として、いずれも遅相軸が液晶配向方向に直交する様に
配置した。

【００６４】この液晶表示装置に駆動装置を組合せ、20
℃において反射率の印加電圧依存性を測定したところ、
反射率は印加電圧3.0Ｖにおいて0.12％であり、 コント
ラスト比は100：１以上であった。

【００６５】以上の様に、リタデーションの波長分散が
互いに異なる位相板１，２を用いて位相板１，２と液晶
層のリタデーションの合成値を全可視波長において０波
長に充分近い値にすることにより、高コントラスト比の
表示が得られた。

【００６６】「実施例８」実施例７の液晶表示装置にお
いて、(数７)式中のｎが ４から １の場合について、Ｒ
_PH1とＲ_PH2を求めた。その結果を表２に示す。

【００６７】いずれの場合もＲ_PH1の符号は−で、 Ｒ
_PH2の符号は＋であり、Ｒ_PH2の絶対値はＲ_PH1の絶対値
よりも大きい。

【００６８】従って、液晶層よりもリタデーションの波
長分散の勾配が急な位相板を位相板１に用い、液晶層よ
りもリタデーションの波長分散の勾配が平坦な位相板を
位相板２に用い、(数７)式中のｎを１以上として、本発
明の液晶表示装置を設計した場合、位相板１は遅相軸が
液晶層配向方向に直交する様に設置し、位相板２は遅相
軸が液晶層配向方向と平行になる様に設置し、位相板２
のリタデーションを位相板１よりも大きくすると、高コ
ントラスト比の表示が得られる。

【００６９】「実施例９」実施例７の液晶表示装置にお
いて、(数７)式中のｎが−１から−４の場合について、
Ｒ_PH1とＲ_PH2を求めた。その結果を表２に示す。

【００７０】いずれの場合もＲ_PH1の符号は＋で、 Ｒ
_PH2の符号は−であり、Ｒ_PH2の絶対値はＲ_PH1の絶対値
よりも大きい。

【００７１】従って、液晶層よりもリタデーションの波
長分散の勾配が急な位相板を位相板１に用い、液晶層よ
りもリタデーションの波長分散の勾配が平坦な位相板を
位相板２に用い、(数７)式中のｎを−１以下として、本
発明の液晶表示装置を設計した場合、位相板１は遅相軸
が液晶層配向方向と平行になる様に設置し、位相板２は
遅相軸が液晶層配向方向に直交する様に設置し、位相板
２のリタデーションを位相板１よりも大きくすると、高
コントラスト比の表示が得られる。

【００７２】「比較例」実施例２の液晶表示装置におい
て位相板２を除き、 位相板１の波長550(nm)におけるリ
タデーションを174nmとした。印加電圧3.0Ｖにおける位
相板１と液晶層とのリタデーション合成値を、図１７に
示す。 合成値は波長550nmでは４分の１波長になってい
るが、他の可視波長域では４分の１波長から大きく離れ
ている。この液晶表示装置に駆動装置を組合せ、20℃に
おいて反射率の印加電圧依存性を測定した結果を、図１
８に示す。 反射率は、印加電圧3.0Ｖにおいて1.05％で
あり、コントラスト比は28：１であった。以上の様に、
位相板が１枚ではリタデーションの合成値を全可視波長
において４分の１波長に充分近い値にすることはでき
ず、高コントラスト比の表示も得られないものであっ
た。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、液晶層と位相板１，２
とのリタデーション合成値が全可視波長域に渡って４分
の１波長に近い値になり、高いコントラスト比の表示が
得られるので、高コントラスト比で高開口率の反射型液
晶表示装置が得られる。また、 本実施例の液晶層は「ホ
モジニアス配向を有する層構造」としたが、「捩じれを有
する層構造」としても、 偏光板に近接する側の液晶層配
向方向を基準として位相板遅相軸、偏光板透過軸を決定
することにより同様の効果が得られる。さらに、位相板
と偏光板は有機高分子膜に限らず、無機材料からなる位
相板、偏光板を用いても同様の効果が得られる。またさ
らに、アクティブ素子にポリシリコンＴＦＴやＭＯＳを
用いても同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の液晶表示装置の画素構
造を示す図である。

【図２】図１の液晶表示装置のうち、透過光の偏光状態
に関する構成要素を示す図である。

【図３】図２と光学的に等価な光学系を示す図である。

【図４】２つの透明複屈折媒体の場合のリタデーション
の合成について説明する図である。

【図５】図４の場合のリタデーション合成値の波長分散
と1/4波長のリタデーション曲線とを比較して説明する
図である。

【図６】本発明による一実施例の液晶層のリタデーショ
ンの印加電圧依存性を示す図である。

【図７】図１の液晶表示装置のＡ−Ａ’で切断した画素
構造を示す断面図である。

【図８】図１の液晶表示装置のＢ−Ｂ’で切断した画素
構造を示す断面図である。

【図９】本発明による一実施例の位相板１，２と液晶層
の各リタデーションの波長分散を示す図である。

【図１０】図９における位相板１，２と、暗表示時の液
晶層とのリタデーション合成値の波長分散と1/4波長の
リタデーション曲線とを示す図である。

【図１１】実施例１における反射率の印加電圧依存性を
示す図である。

【図１２】実施例２における位相板１，２と、暗表示時
の液晶層とのリタデーション合成値の波長分散と1/4波
長のリタデーション曲線とを示す図である。

【図１３】実施例２における反射率の印加電圧依存性を
示す図である。

【図１４】実施例３における位相板１，２と、暗表示時
の液晶層とのリタデーション合成値の波長分散と1/4波
長のリタデーション曲線とを示す図である。

【図１５】実施例３における反射率の印加電圧依存性を
示す図である。

【図１６】実施例４における明表示反射率、暗表示反射
率、コントラスト比の温度依存性を示す図である。

【図１７】比較例における位相板１，２と暗表示時の液
晶層のリタデーション合成値の波長分散と1/4波長のリ
タデーション曲線とを示す図である。

【図１８】比較例における反射率の印加電圧依存性を示
す図である。

【符号の説明】

10：下側基板、20：ゲート電極、25：絶縁膜、27、2
7'：走査線、30：ｉ型半導体層、35：基準電極、38：保
持容量、40：ソース電極、45：ドレイン電極、50：平坦
化膜、57：画素電極、55：スルーホール、60：有機配向
膜、70：液晶層、75：共通透明画素電極、80：上側基
板、95：偏光板、PH１：位相板１、PH２：位相板２

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−263013（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−13916（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−287223（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−13917（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13363

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透過光の進行方向に、偏光板と２枚の位相
   板と上側基板と液晶層と駆動装置と反射板を兼ねた下側
   基板とが順次積層されて、かつ、前記偏光板の吸収軸方
   向と前記液晶層の前記偏光板に隣接する側の配向方向と
   が非平行の関係にある液晶表示装置であって、 それぞれ位相板１，２とする前記２枚の位相板は、前記
   透過光の波長400(nm)から700(nm)の範囲における、前記
   液晶層と組み合わせたリタデ−ション合成値の波長分散
   が、(0.25＋0.5ｎ)λの関係式で表わされるリタデ−シ
   ョン曲線に実質的に近似するように設定されている、そ
   れぞれのリタデ−ションの波長分散を有することを特徴
   とする液晶表示装置。ただし、ｎは整数、λは透過光の
   波長(nm)である。
2. 【請求項２】 請求項１において、ｎが０以上であり、 前記位相板１のリタデーションの波長分散の勾配は前記
   液晶層のそれよりも急であり、前記位相板２のリタデー
   ションの波長分散の勾配は前記液晶層のそれよりも平坦
   であり、 かつ、前記位相板１は当該位相板１の遅相軸が前記液晶
   層の配向方向に直交になる様に配置されており、前記位
   相板２は当該位相板２の遅相軸が前記液晶層の配向方向
   に平行になる様に配置されており、 かつ、前記位相板２の波長550(nm)におけるリタデーシ
   ョンは前記位相板１の波長550(nm)におけるリタデーシ
   ョンよりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、ｎは０よりも小さく、 前記位相板１のリタデーションの波長分散の勾配は前記
   液晶層のそれよりも急であり、前記位相板２のリタデー
   ションの波長分散の勾配は前記液晶層のそれよりも平坦
   であり、 かつ、前記位相板１は当該位相板１の遅相軸が前記液晶
   層の配向方向に平行になる様に配置されており、前記位
   相板２は当該位相板２の遅相軸が前記液晶層の配向方向
   に直交になる様に配置されており、 かつ、前記位相板２の波長550(nm)におけるリタデーシ
   ョンは前記位相板１の波長550(nm)におけるリタデーシ
   ョンよりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】 偏光板と位相板と液晶層と反射板とを並設
   し該反射板で透過光を反射させる投射光学系を有する液
   晶表示装置において、 前記位相板は、当該位相板のリタデーションと該リタデ
   ーションの波長分散の勾配とが自由に設定可能なる位相
   板１，２から成り、 前記位相板１の前記勾配は前記液晶層の前記勾配よりも
   大きく設定し、前記位相板２の前記勾配は前記液晶層の
   前記勾配よりも小さく設定して、前記液晶層と前記位相
   板１，２の三者を組み合わせた前記投射光学系における
   リタデーション合成値の波長分散を、 (0.25＋0.5ｎ)λの関係式で表わされるリタデ−ション
   曲線に漸近させたことを特徴とする液晶表示装置。ただ
   し、ｎは整数、λは透過光の波長(nm)である。